4.4. Система внешнего дыхания
В условиях спортивной деятельности к аппарату внешнего дыхания предъявляются чрезвычайно высокие требования, реализация которых обеспечивает эффективное функционирование всей кардио-респираторной системы. Несмотря на то что внешнее дыхание не является главным лимитирующим звеном в комплексе систем, транспортирующих Ог, оно является ведущим в формировании необходимого кислородного режима организма.
Ф ункциональное состояние системы внешнего дыхания оценивается как по данным общеклинического обследования, так и путем использования инструментальных медицинских методик. Обычное клиническое исследование спортсмена (данные анамнеза, пальпации, перкуссии и аускультации) позволяет врачу в подавляющем большинстве случаев решить вопрос об отсутствии или наличии патологического процесса в легких. Естественно, что только вполне здоровые легкие подвергаются углубленному функциональному исследованию, целью которого является диагностика функциональной готовности спортсмена.
При анализе системы внешнего дыхания целесообразно рассматривать несколько аспектов: работу аппарата, обеспечивающего дыхательные движения, легочную вентиляцию и ее эффективность, а также газообмен.
Под влиянием систематической спортивной деятельности увели чивается сила мускулатуры, осуществляющей дыхательные движения (диафрагмы, межреберных мышц), благодаря чему происходит необходимое для занятий спортом усиление дыхательных движений и, как следствие, увеличение вентиляции легких.
С ила дыхательной мускулатуры измеряется с помощью пнев-мотонометрии, пневмотахометрии и других косвенных методов. Пневмотонометр измеряет то давление, которое развивается в легких при натуживании или при напряженном вдохе. «Сила» выдоха (80-200 мм рт. ст.) намного превосходит «силу» вдоха (50- 70 мм рт. ст.).
П невмотахометр измеряет объемную скорость потока воздуха в воздухоносных путях при форсированном вдохе и выдохе, выражаемую в л/мин. По данным пневмотахометрии судят о мощности вдоха и выдоха. У здоровых нетренированных людей отношение мощности вдоха к мощности выдоха близко к единице. У больных людей это соотношение всегда меньше единицы. У спортсменов же, наоборот, мощность вдоха превышает (иногда существенно) мощность выдоха; соотношение мощность вдоха: мощность выдоха достигает 1,2-1,4. Относительное увеличение мощности вдоха у спортсменов чрезвычайно важно, так как углубление дыхания идет в основном за счет использования резервного объема вдоха. Это особенно ярко проявляется в плавании: как известно, вдох у пловца чрезвычайно кратковременен, в то время как выдох, выполняющийся в воду, значительно продолжительнее.
Ж изненная емкость легких (ЖЕЛ) - это та часть общей емкости легких, о которой судят по максимальному объему воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ подразделяется на 3 фракции: резервный объем выдоха, дыхательный объем, резервный объем вдоха. Она определяется с помощью водяного или сухого спирометра. При определении ЖЕЛ необходимо учитывать позу испытуемого: при вертикальном положении тела величина этого показателя наибольшая.
ЖЕЛ является одним из важнейших показателей функционального состояния аппарата внешнего дыхания (вот почему ее не следует рассматривать в разделе физического развития). Ее величины зависят как от размеров легких, так и от силы дыхательной мускулатуры. Индивидуальные значения ЖЕЛ оцениваются путем составления полученных при исследовании величин с должными. Предложен ряд формул, с помощью которых можно рассчитывать должные величины ЖЕЛ. Они в той или иной степени базируются на антропометрических данных и на возрасте испытуемых.
В спортивной медицине для определения должной величины ЖЕЛ целесообразно пользоваться формулами Болдуина, Курнана и Ричардса. Эти формулы связывают должную величину ЖЕЛ с ростом человека, его возрастом и полом. Формулы имеют следующий вид:
ЖЕЛ муж. = (27,63 -0,122 X В) X L
ЖЕЛ жен. = (21,78 - 0,101 X В) X L, где В - возраст в годах; L - длина тела в см.
В нормальных условиях ЖЕЛ не бывает менее 90% от должной ее величины; у спортсменов она чаще всего больше 100% (табл. 12).
У спортсменов величина ЖЕЛ колеблется в чрезвычайно широких пределах - от 3 до 8 л. Описаны случаи увеличения ЖЕЛ у мужчин до 8,7 л, у женщин - до 5,3 л (В. В. Михайлов).
Н аибольшие величины ЖЕЛ наблюдаются у спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость и обладающих самой высокой кардио-респираторной производительностью. Из сказанного, естественно, не следует, что изменение ЖЕЛ может быть использовано для предсказания транспортных возможностей всей кардио-респираторной системы. Дело в том, что развитие аппарата внешнего дыхания может быть изолированным, при этом остальные звенья кардио-респираторной системы, и в частности сердечнососудистой системы, ограничивают транспорт кислорода.
Таблица 12. Некоторые показатели внешнего дыхания у спортсменов различных специализаций (средние данные по А. В. Чаговадзе)
|
Вид спорта |
Форсированная ЖЕЛ, % к ЖЕЛ | ||
|
Марафонский бег | |||
|
Бег на длинные дистанции | |||
|
Спортивная ходьба | |||
|
Лыжные гонки | |||
|
Волейбол |
Д анные о величине ЖЕЛ могут иметь определенное практическое значение для тренера, так как максимальный дыхательный объем, который обычно достигается при предельных физических нагрузках, равен примерно 50% от ЖЕЛ (а у пловцов и гребцов до 60-80%, по В. В. Михайлову). Таким образом, зная величину ЖЕЛ, можно предсказать максимальную величину дыхательного объема и таким образом судить о степени эффективности легочной вентиляции при максимальном режиме физической нагрузки.
С овершенно очевидно, что чем больше максимальная величина дыхательного объема, тем экономичнее использование кислорода организмом. И наоборот, чем меньше дыхательный объем, тем выше частота дыханий (при прочих равных условиях) и, следовательно, большая часть потребленного организмом кислорода будет расходоваться на обеспечение работы самой дыхательной мускулатуры.
Б . Е. Вотчал впервые обратил внимание на то, что при определении ЖЕЛ важная роль принадлежит скорости выдоха. Если производить выдох с чрезвычайно большой скоростью, то такая форсированная ЖЕЛ. меньше определенной обычным способом. Впоследствии Тиффно использовал спирографическую технику и начал рассчитывать форсированную ЖЕЛ по тому максимальному объему воздуха, который можно выдохнуть за 1 с (рис. 25 ).О пределение форсированной ЖЕЛ имеет чрезвычайно большое значение для спортивной практики. Это объясняется тем, что, несмотря на укорочение длительности дыхательного цикла при мышечной работе, дыхательный объем должен быть увеличен в 4-6 раз по сравнению с данными покоя. Соотношение форсированной ЖЕЛ и ЖЕЛ у спортсменов часто достигает высоких величин, (см. табл. 12).
Л егочная вентиляция (VE) является важнейшим показателем функционального состояния системы внешнего дыхания. Она характеризует собой объем воздуха, выдыхаемого из легких в течение 1 мин. Как известно, при вдохе не весь воздух поступает в легкие. Часть его остается в дыхательных путях (трахее, бронхах) и не имеет контакта с кровью, а поэтому не принимает непосредственного участия в газообмене. Это воздух анатомического мертвого пространства, объем которого составляет 140-180 см3 Кроме того, не весь воздух, поступающий в альвеолы, участвует в газообмене с кровью, так как кровоснабжение некоторых альвеол, даже у вполне здоровых людей, может быть ухудшенным или отсутствовать вообще. Этот воздух определяет объем так называемого альвеолярного мертвого пространства, величина которого в покое невелика. Суммарный объем анатомического и альвеолярного мертвого пространства составляет объем дыхательного или, как его еще называют, физиологического мертвого пространства. У спортсменов он составляет обычно 215-225 см3. Дыхательное мертвое пространство иногда неверно обозначают «вредным» пространством. Дело в том, что оно необходимо (совместно с верхними дыхательными путями) для полного увлажнения вдыхаемого воздуха и нагревания его до температуры тела.
Т аким образом, определенная часть вдыхаемого воздуха (в покое примерно 30%) не участвует в газообмене, и лишь 70% его достигает альвеол и принимает непосредственное участие в газообмене с кровью. При физической нагрузке эффективность легочной вентиляции закономерно повышается: объем эффективной альвеолярной вентиляции достигает 85% от общей легочной вентиляции.
Л егочная вентиляция равна произведению дыхательного объема (Vt) на частоту дыханий в 1 мин (/). Обе эти величины могут быть рассчитаны по спирограмме (см. рис. 25). На этой кривой регистрируются изменения объема каждого дыхательного движения. Если прибор оттарирован, то амплитуда каждой волны спирограммы, соответствующей дыхательному объему, может быть выражена в см3 или в мл. Зная скорость движения лентопротяжного механизма, по спирограмме можно легко подсчитать частоту дыханий.
Л егочная вентиляция определяется и более простыми способами. Один из них, применяемый весьма широко в медицинской практике при исследовании спортсменов не только в покое, но и при физической нагрузке, заключается в том, что испытуемый дышит через специальную маску или загубник в мешок Дугласа. Объем воздуха, наполнивший мешок, определяют, пропуская его через «газовые часы». Полученные данные делят на время, в течение которого выдыхаемый воздух собирался в мешок Дугласа.
Л егочная вентиляция выражается в л/мин в системе BTPS. Это означает, что объем воздуха приводится к условиям температуры 37°, полному насыщению водяными парами и окружающему атмосферному давлению.
У спортсменов в условиях покоя легочная вентиляция либо соответствует нормальным стандартам (5-12 л/мин), либо несколько превосходит их (18 л/мин и более). Важно отметить, что легочная вентиляция увеличивается обычно за счет углубления дыхания, а не за счет его учащения. Благодаря этому не происходит избыточного расхода энергии на работу дыхательной мускулатуры. При максимальной мышечной работе легочная вентиляция может достигать значительных величин: описан случай, когда она равнялась 220 л/мин (Новакки). Однако чаще всего легочная вентиляция достигает в этих условиях 60-120 л/мин BTPS. Более высокая Ve резко увеличивает запрос на снабжение дыхательной мускулатуры кислородом (до 1-4 л/мин).
Д ыхательный объем у спортсменов весьма часто оказывается увеличенным. Он может достигать 1000-1300 мл. Наряду с этим у спортсменов могут быть и совершенно нормальные величины дыхательного объема - 400-700 мл.
М еханизмы увеличения дыхательного объема у спортсменов не вполне ясны. Этот факт может быть объяснен и повышением общей емкости легких, в результате чего в легкие попадает большее количество воздуха. В тех случаях, когда у спортсменов регистрируется крайне низкая частота дыханий, увеличение дыхательного объема носит компенсаторный характер.
При физической нагрузке дыхательный объем отчетливо растет лишь при относительно небольших ее мощностях. При околопредельных и предельных мощностях он практически стабилизируется, достигая 3-3,5 л/мин. Это легко обеспечивается у спортсменов с большой ЖЕЛ. Если ЖЕЛ невелика и составляет 3-4 л, то такой дыхательный объем может быть достигнут только путем использования энергии так называемых дополнительных мышц. У спортсменов с фиксированной частотой дыханий (например, у гребцов) дыхательный объем может достигать колоссальных величин - 4,5- 5,5 л. Естественно, что это возможно лишь при условии, что ЖЕЛ достигает 6,5-7 л.
Ч астота дыханий у спортсменов в условиях покоя (отличных от условий основного обмена) колеблется в довольно широких пределах (нормальный диапазон колебаний этого показателя 10-16 движений в минуту). При физической нагрузке частота дыханий увеличивается пропорционально ее мощности, достигая 50-70 дыханий в минуту. При предельных режимах мышечной работы частота дыханий может быть еще больше.
Т аким образом, легочная вентиляция при относительно легкой мышечной работе увеличивается за счет увеличения как дыхательного объема, так и частоты дыханий, а при напряженной мышечной работе - за счет увеличения частоты дыханий.
Н аряду с исследованием перечисленных показателей о функциональном состоянии системы внешнего дыхания можно судить на основании некоторых простых функциональных проб. В практике широко применяется проба, с помощью которой определяется максимальная вентиляция легких (МВЛ). Эта проба состоит в произвольном максимальном усилении дыхания в течение 15-20 с (см. рис. 25 ). Объем такой произвольной гипервентиляции в последующем приводится к 1 мин и выражается в л/мин. Величина МВЛ достигает 200-250 л/мин. Кратковременность этой пробы связана с быстрой утомляемостью дыхательных мышц и развитием гипокапнии. И все же эта проба дает определенное представление о возможности произвольно увеличить легочную вентиляцию (см. табл. 12). В настоящее время о максимальной вентиляционной возможности легких судят по реальной величине легочной вентиляции, зарегистрированной при предельной работе (в условиях определения МПК).
С ложность анатомического строения легких обусловливает тот факт, что даже в совершенно нормальных условиях не все альвеолы вентилируются одинаково. Поэтому некоторая неравномерность вентиляции определяется и у вполне здоровых людей. Увеличение объема легких у спортсменов, происходящее под влиянием спортивной тренировки, повышает вероятность возникновения неравномерности вентиляции. Для установления степени этой неравномерности применяется ряд сложных методов. Во врачебно-спортивной практике об этом феномене позволяет судить анализ капнограммы (рис. 26 ), которая регистрирует изменение концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Незначительная степень неравномерности легочной вентиляции характеризуется горизонтальным направлением альвеолярного плато (а-в на рис. 26 ). Если же плато нет, а кривая постепенно повышается по мере выдоха, то можно говорить о значительной неравномерности вентиляции легких. Рост напряжения CO2 во время выдоха указывает на то, что выдыхаемый воздух неодинаков по концентрации углекислоты, так как в его общий поток постепенно поступает воздух из плохо вентилируемых альвеол, где концентрация СО2 увеличена.О бмен О2 и СО2 между легкими и кровью осуществляется через альвеоло-капиллярную мембрану. Она состоит из альвеолярной мембраны, межклеточной жидкости, содержащейся между альвеолой и капилляром, капиллярной мембраны, плазмы крови и стенки эритроцита. Эффективность переноса кислорода через такую аль-веоло-капиллярную мембрану характеризует состояние диффузионной способности легких, которая является количественной мерой переноса газа за единицу времени при данной разности его парциального давления по обе стороны мембраны.
Д иффузионная способность легких определяется рядом факторов. Среди них важную роль играет поверхность диффузии. Речь идет о той поверхности, в которой происходит активный обмен газа между альвеолой и капилляром. Поверхность диффузии может уменьшаться как за счет запустевания альвеол, так и за счет числа действующих капилляров. Необходимо учитывать, что определенный объем крови из легочной артерии попадает в легочные вены по шунтам, минуя капиллярную сеть. Чем больше диффузионная поверхность, тем эффективнее осуществляется газообмен между легкими и кровью. При физической нагрузке, когда резко возрастает число активно функционирующих капилляров малого круга кровообращения, поверхность диффузии увеличивается, благодаря чему становится больше поток кислорода через альвеоло-капиллярную мембрану.
Д ругим фактором, определяющим легочную диффузию, является толщина альвеоло-капиллярной мембраны. Чем толще эта мембрана, тем ниже диффузионная способность легких, и наоборот. Недавно было показано, что под влиянием систематических физических нагрузок толщина альвеоло-капиллярной мембраны уменьшается, увеличивая тем самым диффузионную способность легких (Масорра).
В нормальных условиях диффузионная способность легких несколько превышает 15 мл О2 мин/мм рт. ст. При физической нагрузке она увеличивается более чем в 4 раза, достигая 65 мл О2 мин/мм рт. ст.
И нтегральным показателем газообмена в легких, а равным образом и всей системы транспорта кислорода является максимальная аэробная мощность. Это понятие характеризует собой то предельное количество кислорода, которое может быть использовано организмом в единицу времени. Для суждения о величине максимальной аэробной мощности производят пробу с определением МПК (см. гл. V).На рис. 27 показаны факторы, определяющие величину максимальной аэробной мощности. Непосредственными детерминантами МПК являются минутный объем кровотока и артериовенозная разница. Надо заметить, что оба эти детерминанта в соответствии с уравнением Фика находятся в реципрокных взаимоотношениях:
Vo 2 max = Q * AVD , где (по международной символике) Vo2max - МПК; Q - минутный объем кровотока; AVD - артериовенозная разница.
И ными словами, увеличение Q при данном Vo2max всегда сопровождается уменьшением AVD. В свою очередь, величина Q зависит от произведения ЧСС на ударный объем, а величина AVD - от разности содержания О2 в артериальной и венозной крови.
В таблице 13 показано, какие колоссальные изменения претерпевают кардио-респираторные показатели покоя, когда система транспорта О2 работает в предельном режиме.
Таблица 13. Показатели системы транспорта О2 в покое и при максимальной нагрузке (средние данные) у тренирующихся на выносливость
М аксимальная аэробная мощность у спортсменов любых специализаций выше, чем у здоровых нетренированных людей (табл. 14). Это связано как со способностью кардио-респираторной системы к большему переносу кислорода, так и с большей потребностью в нем со стороны работающих мышц.
Таблица 14. Максимальная аэробная мощность у спортсменов и нетренированных (средние данные по Вилмору, 1984)
|
Вид спорта | ||||||
|
Возраст, лет |
Возраст, лет |
|||||
|
мл/мин/кг |
мл/мин/кг | |||||
|
Зег по пересеченной местности | ||||||
|
Ориентирование | ||||||
|
Бег на длинные дистанции | ||||||
|
Велосипедный (шоссе) | ||||||
|
Конькобежный | ||||||
|
Гребля академическая | ||||||
|
Горнолыжный | ||||||
|
Гребля на байдарках и каноэ | ||||||
|
Плавание | ||||||
|
Фигурное катание на коньках | ||||||
|
Хоккей с шайбой | ||||||
|
Волейбол | ||||||
|
Гимнастика | ||||||
|
Баскетбол | ||||||
|
Тяжелая атлетика | ||||||
|
Л/а (ядро, диск) | ||||||
|
Нетренированные | ||||||
У здоровых нетренированных мужчин максимальная аэробная мощность равна примерно 3 л/мин, а у женщин - 2,0-2,2 л/мин. При пересчете на 1 кг веса у мужчин величина максимальной аэробной мощности составляет 40-45 мл/мин/кг, а у женщин - 35-40 мл/мин/кг. У спортсменов максимальная аэробная мощность может быть в 2 раза больше. В отдельных наблюдениях МПК у мужчин превышало 7,0 л/мин STPD (Новакки, Н. И. Волков).
М аксимальная аэробная мощность весьма тесно связана с характером спортивной деятельности. Наиболее высокие величины максимальной аэробной мощности отмечаются у спортсменов, тренирующихся на выносливость (лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции, велосипедистов и др.), - от 4,5 до 6,5 л/мин (при пересчете на 1 кг веса выше 65-75 мл/мин/кг). Наименьшие величины максимальной аэробной мощности отмечаются у представителей скоростно-силовых видов спорта (тяжелоатлетов, гимнастов, прыгунов в воду) - обычно меньше 4,0 л/мин (при пересчете на 1 кг веса менее 60 мл/мин/кг). Промежуточное положение занимают специализирующиеся в спортивных играх, борьбе, боксе, беге на короткие дистанции и др.
М аксимальная аэробная мощность у женщин-спортсменок ниже, чем у мужчин (см. табл. 14). Однако закономерность, заключающаяся в том, что максимальная аэробная мощность особенно высока у тренирующихся на выносливость, сохраняется и у женщин.
Т аким образом, наиболее важной функциональной характеристикой кардио-респираторной системы у спортсменов является увеличение максимальной аэробной мощности.
О пределенную роль в оптимизации внешнего дыхания играют верхние дыхательные пути. При умеренных нагрузках дыхание может осуществляться через носовую полость, имеющую ряд недыхательных функций. Так, носовая полость является мощным рецепторным полем, воздействующим на многие вегетативные функции, и в частности на сосудистую систему. Специфические структуры слизистой носовой полости осуществляют интенсивную очистку вдыхаемого воздуха от пылевых и других частиц и даже от газовых компонентов воздуха.
При выполнении большинства спортивных упражнений дыхание осуществляется через рот. При этом проходимость верхних дыхательных путей увеличивается, легочная вентиляция становится более эффективной.
В ерхние дыхательные пути сравнительно часто становятся местом развития воспалительных заболеваний. Одной из причин этого является охлаждение, дыхание холодным воздухом. У спортсменов такие заболевания встречаются редко благодаря закалке, высокой резистентности физически развитого организма.
О стрыми респираторными заболеваниями (ОРЗ), имеющими вирусную природу, спортсмены болеют почти в два раза реже, чем нетренированные люди. Несмотря на кажущуюся безобидность этих заболеваний, лечение их должно проводиться до полного выздоровления, так как у спортсменов отмечено частое возникновение осложнений. У спортсменов наблюдаются также воспалительные заболевания трахеи (трахеит) и бронхов (бронхит). Их развитие также связано с вдыханием холодного воздуха. Определенная роль принадлежит пылевой загрязненности воздуха из-за нарушений гигиенических требований к местам проведения тренировок и соревнований. При трахеите и бронхите ведущим симптомом является сухой, раздражающий кашель. Температура тела повышается. Эти заболевания часто сопутствуют ОРЗ.
Н аиболее тяжелым заболеванием внешнего дыхания у спортсменов является воспаление легких (пневмония), при котором воспалительный процесс поражает альвеолы. Различают крупозную и очаговую пневмонии. Первая из них характеризуется слабостью, головной болью, повышением температуры до 40°С и выше, ознобом. Кашель вначале сухой, а затем он сопровождается отделением мокроты, которая приобретает «ржавую» окраску. Отмечается боль в грудной клетке. Заболевание лечат в условиях клинического стационара. При крупозной пневмонии поражена целая доля легкого. При очаговой пневмонии отмечается воспаление отдельных долек или групп долек легких. Клиническая картина очаговой пневмонии полиморфна. Лечение ее лучше вести в стационарных условиях. После полного выздоровления спортсмены должны длительное время находиться под наблюдением врача, так как течение пневмонии у них может проходить на фоне снижения иммуно-рези-стентности организма.
СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ |
| Рубрика (тематическая категория) | Спорт |
В условиях спортивной деятельности к аппарату внешнего дыхания предъявляются чрезвычайно высокие требования, реализация которых обеспечивает эффективное функционирование всей кардио-респираторной системы. Несмотря на то что внешнее дыхание не является главным лимитирующим звеном в комплексе систем, транспортирующих Ог, оно является ведущим в формировании крайне важно го кислородного режима организма.
Функциональное состояние системы внешнего дыхания оценивается как по данным общеклинического обследования, так и путем использования инструментальных медицинских методик. Обычное клиническое исследование спортсмена (данные анамнеза, пальпации, перкуссии и аускультации) позволяет врачу в подавляющем большинстве случаев решить вопрос об отсутствии или наличии патологического процесса в легких. Естественно, что только вполне здоровые легкие подвергаются углубленному функциональному исследованию, целью которого является диагностика функциональной готовности спортсмена.
При анализе системы внешнего дыхания целесообразно рассматривать несколько аспектов: работу аппарата͵ обеспечивающего дыхательные движения, легочную вентиляцию и ее эффективность, а также газообмен.
Под влиянием систематической спортивной деятельности увели чивается сила мускулатуры, осуществляющей дыхательные движения (диафрагмы, межреберных мышц), благодаря чему происходит крайне важно е для занятий спортом усиление дыхательных движений и, как следствие, увеличение вентиляции легких.
Сила дыхательной мускулатуры измеряется с помощью пнев-мотонометрии, пневмотахометрии и других косвенных методов. Пневмотонометр измеряет то давление, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ развивается в легких при натуживании или при напряженном вдохе. ʼʼСилаʼʼ выдоха (80-200 мм рт. ст.) намного превосходит ʼʼсилуʼʼ вдоха (50- 70 мм рт. ст.).
Пневмотахометр измеряет объёмную скорость потока воздуха в воздухоносных путях при форсированном вдохе и выдохе, выражаемую в л/мин. По данным пневмотахометрии судят о мощности вдоха и выдоха. У здоровых нетренированных людей отношение мощности вдоха к мощности выдоха близко к единице. У больных людей это соотношение всегда меньше единицы. У спортсменов же, напротив - мощность вдоха превышает (иногда существенно) мощность выдоха; соотношение мощность вдоха: мощность выдоха достигает 1,2-1,4. Относительное увеличение мощности вдоха у спортсменов чрезвычайно важно, так как углубление дыхания идет в основном за счёт использования резервного объёма вдоха. Это особенно ярко проявляется в плавании: как известно, вдох у пловца чрезвычайно кратковременен, в то время как выдох, выполняющийся в воду, значительно продолжительнее.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - это та часть общей емкости легких, о которой судят по максимальному объёму воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ подразделяется на 3 фракции: резервный объём выдоха, дыхательный объём, резервный объём вдоха. Она определяется с помощью водяного или сухого спирометра. При определении ЖЕЛ крайне важно учитывать позу испытуемого: при вертикальном положении тела величина этого показателя наибольшая.
ЖЕЛ является одним из важнейших показателей функционального состояния аппарата внешнего дыхания (вот почему ее не следует рассматривать в разделе физического развития). Ее величины зависят как от размеров легких, так и от силы дыхательной мускулатуры. Индивидуальные значения ЖЕЛ оцениваются путем составления полученных при исследовании величин с должными. Предложен ряд формул, с помощью которых можно рассчитывать должные величины ЖЕЛ. Οʜᴎ в какой-либо степени базируются на антропометрических данных и на возрасте испытуемых.
В спортивной медицине для определения должной величины ЖЕЛ целесообразно пользоваться формулами Болдуина, Курнана и Ричардса. Эти формулы связывают должную величину ЖЕЛ с ростом человека, его возрастом и полом. Формулы имеют следующий вид:
ЖЕЛ муж. = (27,63 -0,122 X В) X L
ЖЕЛ жен. = (21,78 - 0,101 X В) X L, где В - возраст в годах; L - длина тела в см.
В нормальных условиях ЖЕЛ не бывает менее 90% от должной ее величины; у спортсменов она чаще всего больше 100% (табл. 12).
У спортсменов величина ЖЕЛ колеблется в чрезвычайно широких пределах - от 3 до 8 л. Описаны случаи увеличения ЖЕЛ у мужчин до 8,7 л, у женщин - до 5,3 л (В. В. Михайлов).
Наибольшие величины ЖЕЛ наблюдаются у спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость и обладающих самой высокой кардио-респираторной производительностью. Из сказанного, естественно, не следует, что изменение ЖЕЛ должна быть использовано для предсказания транспортных возможностей всей кардио-респираторной системы. Дело в том, что развитие аппарата внешнего дыхания должна быть изолированным, при этом остальные звенья кардио-респираторной системы, и в частности сердечнососудистой системы, ограничивают транспорт кислорода.
Таблица 12. Некоторые показатели внешнего дыхания у спортсменов различных специализаций (средние данные по А. В. Чаговадзе)
Данные о величине ЖЕЛ могут иметь определенное практическое значение для тренера, так как максимальный дыхательный объём, который обычно достигается при предельных физических нагрузках, равен примерно 50% от ЖЕЛ (а у пловцов и гребцов до 60-80%, по В. В. Михайлову). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, зная величину ЖЕЛ, можно предсказать максимальную величину дыхательного объёма и таким образом судить о степени эффективности легочной вентиляции при максимальном режиме физической нагрузки.
Совершенно очевидно, что чем больше максимальная величина дыхательного объёма, тем экономичнее использование кислорода организмом. И наоборот, чем меньше дыхательный объём, тем выше частота дыханий (при прочих равных условиях) и, следовательно, большая часть потребленного организмом кислорода будет расходоваться на обеспечение работы самой дыхательной мускулатуры.
Б. Е. Вотчал впервые обратил внимание на то, что при определении ЖЕЛ важная роль принадлежит скорости выдоха. В случае если производить выдох с чрезвычайно большой скоростью, то такая форсированная ЖЕЛ. меньше определенной обычным способом. Впоследствии Тиффно использовал спирографическую технику и начал рассчитывать форсированную ЖЕЛ по тому максимальному объёму воздуха, который можно выдохнуть за 1 с (рис. 25).
Определение форсированной ЖЕЛ имеет чрезвычайно большое значение для спортивной практики. Это объясняется тем, что, несмотря на укорочение длительности дыхательного цикла при мышечной работе, дыхательный объём должен быть увеличен в 4-6 раз по сравнению с данными покоя. Соотношение форсированной ЖЕЛ и ЖЕЛ у спортсменов часто достигает высоких величин, (см. табл. 12).
Легочная вентиляция (VE) является важнейшим показателем функционального состояния системы внешнего дыхания. Она характеризует собой объём воздуха, выдыхаемого из легких в течение 1 мин. Как известно, при вдохе не весь воздух поступает в легкие. Часть его остается в дыхательных путях (трахее, бронхах) и не имеет контакта с кровью, а в связи с этим не принимает непосредственного участия в газообмене. Это воздух анатомического мертвого пространства, объём которого составляет 140-180 см3 Вместе с тем, не весь воздух, поступающий в альвеолы, участвует в газообмене с кровью, так как кровоснабжение некоторых альвеол, даже у вполне здоровых людей, должна быть ухудшенным или отсутствовать вообще. Этот воздух определяет объём так называемого альвеолярного мертвого пространства, величина которого в покое невелика. Суммарный объём анатомического и альвеолярного мертвого пространства составляет объём дыхательного или, как его еще называют, физиологического мертвого пространства. У спортсменов он составляет обычно 215-225 см3. Дыхательное мертвое пространство иногда неверно обозначают ʼʼвреднымʼʼ пространством. Дело в том, что оно крайне важно (совместно с верхними дыхательными путями) для полного увлажнения вдыхаемого воздуха и нагревания его до температуры тела.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, определенная часть вдыхаемого воздуха (в покое примерно 30%) не участвует в газообмене, и лишь 70% его достигает альвеол и принимает непосредственное участие в газообмене с кровью. При физической нагрузке эффективность легочной вентиляции закономерно повышается: объём эффективной альвеолярной вентиляции достигает 85% от общей легочной вентиляции.
Легочная вентиляция равна произведению дыхательного объёма (Vt) на частоту дыханий в 1 мин (/). Обе эти величины бывают рассчитаны по спирограмме (см. рис. 25). На этой кривой регистрируются изменения объёма каждого дыхательного движения. В случае если прибор оттарирован, то амплитуда каждой волны спирограммы, соответствующей дыхательному объёму, должна быть выражена в см3 или в мл. Зная скорость движения лентопротяжного механизма, по спирограмме можно легко подсчитать частоту дыханий.
Легочная вентиляция определяется и более простыми способами. Один из них, применяемый весьма широко в медицинской практике при исследовании спортсменов не только в покое, но и при физической нагрузке, состоит по сути в том, что испытуемый дышит через специальную маску или загубник в мешок Дугласа. Объем воздуха, наполнивший мешок, определяют, пропуская его через ʼʼгазовые часыʼʼ. Полученные данные делят на время, в течение которого выдыхаемый воздух собирался в мешок Дугласа.
Легочная вентиляция выражается в л/мин в системе BTPS. Это означает, что объём воздуха приводится к условиям температуры 37°, полному насыщению водяными парами и окружающему атмосферному давлению.
У спортсменов в условиях покоя легочная вентиляция либо соответствует нормальным стандартам (5-12 л/мин), либо несколько превосходит их (18 л/мин и более). Важно отметить, что легочная вентиляция увеличивается обычно за счёт углубления дыхания, а не за счёт его учащения. Благодаря этому не происходит избыточного расхода энергии на работу дыхательной мускулатуры. При максимальной мышечной работе легочная вентиляция может достигать значительных величин: описан случай, когда она равнялась 220 л/мин (Новакки). При этом чаще всего легочная вентиляция достигает в этих условиях 60-120 л/мин BTPS. Более высокая Ve резко увеличивает запрос на снабжение дыхательной мускулатуры кислородом (до 1-4 л/мин).
Дыхательный объём у спортсменов весьма часто оказывается увеличенным. Он может достигать 1000-1300 мл. Наряду с этим у спортсменов бывают и совершенно нормальные величины дыхательного объёма - 400-700 мл.
Механизмы увеличения дыхательного объёма у спортсменов не вполне ясны. Этот факт должна быть объяснен и повышением общей емкости легких, благодаря чему в легкие попадает большее количество воздуха. В тех случаях, когда у спортсменов регистрируется крайне низкая частота дыханий, увеличение дыхательного объёма носит компенсаторный характер.
При физической нагрузке дыхательный объём отчетливо растет лишь при относительно небольших ее мощностях. При околопредельных и предельных мощностях он практически стабилизируется, достигая 3-3,5 л/мин. Это легко обеспечивается у спортсменов с большой ЖЕЛ. В случае если ЖЕЛ невелика и составляет 3-4 л, то такой дыхательный объём должна быть достигнут только путем использования энергии так называемых дополнительных мышц. У спортсменов с фиксированной частотой дыханий (к примеру, у гребцов) дыхательный объём может достигать колоссальных величин - 4,5- 5,5 л. Естественно, что это возможно лишь при условии, что ЖЕЛ достигает 6,5-7 л.
Частота дыханий у спортсменов в условиях покоя (отличных от условий основного обмена) колеблется в довольно широких пределах (нормальный диапазон колебаний этого показателя 10-16 движений в минуту). При физической нагрузке частота дыханий увеличивается пропорционально ее мощности, достигая 50-70 дыханий в минуту. При предельных режимах мышечной работы частота дыханий должна быть еще больше.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, легочная вентиляция при относительно легкой мышечной работе увеличивается за счёт увеличения как дыхательного объёма, так и частоты дыханий, а при напряженной мышечной работе - за счёт увеличения частоты дыханий.
Наряду с исследованием перечисленных показателей о функциональном состоянии системы внешнего дыхания можно судить на основании некоторых простых функциональных проб. В практике широко применяется проба, с помощью которой определяется максимальная вентиляция легких (МВЛ). Эта проба состоит в произвольном максимальном усилении дыхания в течение 15-20 с (см. рис. 25). Объем такой произвольной гипервентиляции в последующем приводится к 1 мин и выражается в л/мин. Величина МВЛ достигает 200-250 л/мин. Кратковременность этой пробы связана с быстрой утомляемостью дыхательных мышц и развитием гипокапнии. И все же эта проба дает определенное представление о возможности произвольно увеличить легочную вентиляцию (см. табл. 12). Сегодня о максимальной вентиляционной возможности легких судят по реальной величине легочной вентиляции, зарегистрированной при предельной работе (в условиях определения МПК).
Сложность анатомического строения легких обусловливает тот факт, что даже в совершенно нормальных условиях не все альвеолы вентилируются одинаково. По этой причине некоторая неравномерность вентиляции определяется и у вполне здоровых людей. Увеличение объёма легких у спортсменов, происходящее под влиянием спортивной тренировки, повышает вероятность возникновения неравномерности вентиляции. Для установления степени этой неравномерности применяется ряд сложных методов. Во врачебно-спортивной практике об этом феномене позволяет судить анализ капнограммы (рис. 26), которая регистрирует изменение концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Незначительная степень неравномерности легочной вентиляции характеризуется горизонтальным направлением альвеолярного плато (а-в на рис. 26). В случае если же плато нет, а кривая постепенно повышается по мере выдоха, то можно говорить о значительной неравномерности вентиляции легких. Рост напряжения CO2 во время выдоха указывает на то, что выдыхаемый воздух неодинаков по концентрации углекислоты, так как в его общий поток постепенно поступает воздух из плохо вентилируемых альвеол, где концентрация СО2 увеличена.
Обмен О2 и СО2 между легкими и кровью осуществляется через альвеоло-капиллярную мембрану. Она состоит из альвеолярной мембраны, межклеточной жидкости, содержащейся между альвеолой и капилляром, капиллярной мембраны, плазмы крови и стенки эритроцита. Эффективность переноса кислорода через такую аль-веоло-капиллярную мембрану характеризует состояние диффузионной способности легких, которая является количественной мерой переноса газа за единицу времени при данной разности его парциального давления по обе стороны мембраны.
Диффузионная способность легких определяется рядом факторов. Среди них важную роль играет поверхность диффузии. Речь идет о той поверхности, в которой происходит активный обмен газа между альвеолой и капилляром. Поверхность диффузии может уменьшаться как за счёт запустевания альвеол, так и за счёт числа действующих капилляров. Необходимо учитывать, что определенный объём крови из легочной артерии попадает в легочные вены по шунтам, минуя капиллярную сеть. Чем больше диффузионная поверхность, тем эффективнее осуществляется газообмен между легкими и кровью. При физической нагрузке, когда резко возрастает число активно функционирующих капилляров малого круга кровообращения, поверхность диффузии увеличивается, благодаря чему становится больше поток кислорода через альвеоло-капиллярную мембрану.
Другим фактором, определяющим легочную диффузию, является толщина альвеоло-капиллярной мембраны. Чем толще эта мембрана, тем ниже диффузионная способность легких, и наоборот. Недавно было показано, что под влиянием систематических физических нагрузок толщина альвеоло-капиллярной мембраны уменьшается, увеличивая тем самым диффузионную способность легких (Масорра).
В нормальных условиях диффузионная способность легких несколько превышает 15 мл О2 мин/мм рт. ст. При физической нагрузке она увеличивается более чем в 4 раза, достигая 65 мл О2 мин/мм рт. ст.
Интегральным показателем газообмена в легких, а равным образом и всей системы транспорта кислорода является максимальная аэробная мощность. Это понятие характеризует собой то предельное количество кислорода, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должна быть использовано организмом в единицу времени. Важно заметить, что для суждения о величине максимальной аэробной мощности производят пробу с определением МПК (см. гл. V).
На рис. 27 показаны факторы, определяющие величину максимальной аэробной мощности. Непосредственными детерминантами МПК являются минутный объём кровотока и артериовенозная разница. Надо заметить, что оба эти детерминанта в соответствии с уравнением Фика находятся в реципрокных взаимоотношениях:
Vo2max = Q * AVD , где (по международной символике) Vo2max - МПК; Q - минутный объём кровотока; AVD - артериовенозная разница.
Иными словами, увеличение Q при данном Vo2max всегда сопровождается уменьшением AVD. В свою очередь, величина Q зависит от произведения ЧСС на ударный объём, а величина AVD - от разности содержания О2 в артериальной и венозной крови.
В таблице 13 показано, какие колоссальные изменения претерпевают кардио-респираторные показатели покоя, когда система транспорта О2 работает в предельном режиме.
Таблица 13. Показатели системы транспорта О2 в покое и при максимальной нагрузке (средние данные) у тренирующихся на выносливость
Максимальная аэробная мощность у спортсменов любых специализаций выше, чем у здоровых нетренированных людей (табл. 14). Это связано как со способностью кардио-респираторной системы к большему переносу кислорода, так и с большей потребностью в нем со стороны работающих мышц.
Таблица 14. Максимальная аэробная мощность у спортсменов и нетренированных (средние данные по Вилмору, 1984)
| Вид спорта | Лужчины | Женщины | ||||
| мпк | Возраст, лет | мпк | Возраст, лет | |||
| л/мин | мл/мин/кг | л/мнн | мл/мин/кг | |||
| Зег по пересеченной местности | 5,10 | 3,64 | ||||
| Ориентирование | 5,07 | 3,10 | ||||
| Бег на длинные дистанции | 4,67 | 3,10 | ||||
| Велосипедный (шоссе) | 5,13 | 3,13 | ||||
| Конькобежный | 5,01 | 3,10 | ||||
| Гребля академическая | 5,84 | 4,10 | ||||
| Горнолыжный | 4,62 | 3,10 | ||||
| Гребля на байдарках и каноэ | 4,67 | 3,52 | ||||
| Плавание | 4,52 | 1,54 | ||||
| Борьба | 4,49 | 2,54 | ||||
| Гандбол | 4,78 | - | - | - | ||
| Фигурное катание на коньках | 3,49 | 2,38 | ||||
| Футбол | 4,41 | - | - | - | ||
| Хоккей с шайбой | 4,63 | - | - | - | ||
| Волейбол | 4,78 | - | - | - | ||
| Гимнастика | 3,84 | 2,92 | ||||
| Баскетбол | 4,44 | 2,92 | ||||
| Тяжелая атлетика | 3,84 | - | - | - | ||
| Л/а (ядро, диск) | 4,84 | - | - | - | ||
| Нетренированные | 3,14 | 2,18 |
У здоровых нетренированных мужчин максимальная аэробная мощность равна примерно 3 л/мин, а у женщин - 2,0-2,2 л/мин. При пересчете на 1 кг веса у мужчин величина максимальной аэробной мощности составляет 40-45 мл/мин/кг, а у женщин - 35-40 мл/мин/кᴦ. У спортсменов максимальная аэробная мощность должна быть в 2 раза больше. В отдельных наблюдениях МПК у мужчин превышало 7,0 л/мин STPD (Новакки, Н. И. Волков).
Максимальная аэробная мощность весьма тесно связана с характером спортивной деятельности. Наиболее высокие величины максимальной аэробной мощности отмечаются у спортсменов, тренирующихся на выносливость (лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции, велосипедистов и др.), - от 4,5 до 6,5 л/мин (при пересчете на 1 кг веса выше 65-75 мл/мин/кг). Наименьшие величины максимальной аэробной мощности отмечаются у представителей скоростно-силовых видов спорта (тяжелоатлетов, гимнастов, прыгунов в воду) - обычно меньше 4,0 л/мин (при пересчете на 1 кг веса менее 60 мл/мин/кг). Промежуточное положение занимают специализирующиеся в спортивных играх, борьбе, боксе, беге на короткие дистанции и др.
Максимальная аэробная мощность у женщин-спортсменок ниже, чем у мужчин (см. табл. 14). При этом закономерность, заключающаяся в том, что максимальная аэробная мощность особенно высока у тренирующихся на выносливость, сохраняется и у женщин.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, наиболее важной функциональной характеристикой кардио-респираторной системы у спортсменов является увеличение максимальной аэробной мощности.
Определенную роль в оптимизации внешнего дыхания играют верхние дыхательные пути. При умеренных нагрузках дыхание может осуществляться через носовую полость, имеющую ряд недыхательных функций. Так, носовая полость является мощным рецепторным полем, воздействующим на многие вегетативные функции, и в частности на сосудистую систему. Специфические структуры слизистой носовой полости осуществляют интенсивную очистку вдыхаемого воздуха от пылевых и других частиц и даже от газовых компонентов воздуха.
При выполнении большинства спортивных упражнений дыхание осуществляется через рот. При этом проходимость верхних дыхательных путей увеличивается, легочная вентиляция становится более эффективной.
Верхние дыхательные пути сравнительно часто становятся местом развития воспалительных заболеваний. Одной из причин этого является охлаждение, дыхание холодным воздухом. У спортсменов такие заболевания встречаются редко благодаря закалке, высокой резистентности физически развитого организма.
Острыми респираторными заболеваниями (ОРЗ), имеющими вирусную природу, спортсмены болеют почти в два раза реже, чем нетренированные люди. Несмотря на кажущуюся безобидность этих заболеваний, лечение их должно проводиться до полного выздоровления, так как у спортсменов отмечено частое возникновение осложнений. У спортсменов наблюдаются также воспалительные заболевания трахеи (трахеит) и бронхов (бронхит). Их развитие также связано с вдыханием холодного воздуха. Определенная роль принадлежит пылевой загрязненности воздуха из-за нарушений гигиенических требований к местам проведения тренировок и соревнований. При трахеите и бронхите ведущим симптомом является сухой, раздражающий кашель. Температура тела повышается. Эти заболевания часто сопутствуют ОРЗ.
Наиболее тяжелым заболеванием внешнего дыхания у спортсменов является воспаление легких (пневмония), при котором воспалительный процесс поражает альвеолы. Различают крупозную и очаговую пневмонии. Первая из них характеризуется слабостью, головной болью, повышением температуры до 40°С и выше, ознобом. Кашель вначале сухой, а затем он сопровождается отделением мокроты, которая приобретает ʼʼржавуюʼʼ окраску. Отмечается боль в грудной клетке. Заболевание лечат в условиях клинического стационара. При крупозной пневмонии поражена целая доля легкого. При очаговой пневмонии отмечается воспаление отдельных долек или групп долек легких. Клиническая картина очаговой пневмонии полиморфна. Лечение ее лучше вести в стационарных условиях. После полного выздоровления спортсмены должны долгое время находиться под наблюдением врача, так как течение пневмонии у них может проходить на фоне снижения иммуно-рези-стентности организма.
СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ" 2017, 2018.
4749 0
Функциональная система дыхания
Функцию внешнего дыхания характеризуют показатели вентиляции и газообмена.Исследование легочных объемов с помощью спирографии
а) жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - объем воздуха максимального вдоха после максимального выдоха. Выраженное снижение ЖЭЛ наблюдается при нарушении функции дыхания;Б) форсированная ЖЕЛ (ФЖЕЛ) - максимально быстрый вдох после максимально быстрого выдоха. Используется для оценки бронхиальной проводимости, эластичности легочной ткани;
В) максимальная вентиляция легких - максимально глубокое дыхание с максимально доступной частотой за 1 мин. Позволяет дать интегральную оценку состояния дыхательной мускулатуры, воздухоносной (бронхиальной) проходимости, состояния нервно-сосудистого аппарата легких. Выявляет дыхательную недостаточность и механизмы ее развития (рестрикция, бронхиальная обструкция);
Г) минутный объем дыхания (МОД) - количество вентилируемого воздуха за 1 мин с учетом глубины и частоты дыхания. МОД - мера легочной вентиляции, которая зависит от дыхательной и сердечной функциональной достаточности, качества воздуха, затруднения воздушной проходимости, в том числе диффузии газов, уровня основного обмена, угнетения дыхательного центра и т. д.;
Д) показатель остаточного объема легких (ПООЛ) - количество газа, находящегося в легких после максимального выдоха. Метод построен на определении задержанного после максимального выдоха объема гелия в легочной ткани во время свободного дыхания в замкнутой системе (спирограф - легкие) воздушно-гелиевой смесью. Остаточный объем характеризует степень функциональной возможности легочной ткани.
Увеличение ПООЛ наблюдается при эмфиземе и бронхиальной астме, а снижение -при пневмосклерозе, пневмонии и плеврите.
Исследование легочных объемов можно проводить как в покое, так при физической нагрузке. При этом можно использовать различные фармакологические агенты для получения более выраженного того или иного функционального эффекта.
Оценка бронхиальной проходимости, сопротивления дыхательных путей, напряжения и растяжимости легочной ткани.
Пневмотахография - определение скорости движения и мощности струи воздуха (пневмотахометрия) при форсированном вдохе и выдохе с одновременным измерением внутригрудного (внутрипищеводного) давления. Метод с физической нагрузкой и использованием фармакологических препаратов достаточно информативен для выявления и оценки функции бронхиальной проходимости.
Исследование функциональной достаточности системы дыхания. При спирографии с автоматической подачей кислорода определяют П02 - количество кислорода (в миллиметрах), которое поглощается легкими за 1 мин. Величина этого показателя зависит от функционального газообмена (диффузии), кровоснабжения легочной ткани, кислородной емкости крови, уровня окислительно-восстановительных процессов в организме. Резкое снижение поглощения кислорода свидетельствует о выраженной дыхательной недостаточности и об истощении резервных возможностей системы дыхания.
Коэффициент использования кислорода (КИO2) - это отношение П02 к МОД, показывающее количество поглощенного кислорода из 1 л вентилируемого воздуха. Его величина зависит от условий диффузии, объема альвеолярной вентиляции и ее координации с легочным кровоснабжением. Снижение КИо2 свидетельствует о несоответствии вентиляции и кровотока (сердечная недостаточность или гипервентиляция). Увеличение КИ02 указывает на наличие скрытой тканевой гипоксии.
Объективность данных спирографии и пневмотахометрии относительна, так как зависит от правильности выполнения всех методических условий самим пациентом, например от того, действительно ли максимально быстрый и глубокий вдох/выдох им сделан. Поэтому интерпретировать полученные данные приходится только в сопоставлении с клиническими характеристиками патологического процесса. В трактовке снижения значения ЖЕЛ, ФЖЕЛ и мощности выдоха, наиболее часто допускаются две ошибки.
Первая состоит в представлении, что степень снижения ФЖЕЛ и мощности выдоха всегда отражает степень обструктивной дыхательной недостаточности. Такое мнение неверно. В ряде случаев резкое уменьшение показателей при минимальной одышке связано с клапанным механизмом обструкции при форсированном выдохе, но мало выраженным при нормальной нагрузке. Правильной интерпретации помогает измерение ФЖЕЛ и мощности вдоха, которые снижаются тем меньше, чем более выражен клапанный механизм обструкции. Уменьшение ФЖЕЛ и мощности выдоха без нарушения бронхиальной проводимости является в ряде случаев результатом слабости дыхательной мускулатуры и ее иннервации.
Вторая частая ошибка при интерпретации: представление о снижении ФЖЕЛ как о признаке рестриктивной дыхательной недостаточности. На самом же деле это может быть признаком эмфиземы легких, т. е. последствием бронхиальной обструкции, а признаком рестрикции снижение ФЖЕЛ может быть лишь при снижении общей емкости легких, включающей кроме ЖЕЛ и остаточные объемы.
Оценка газотранспортной функции крови и напряженности эндогенного дыхания
Оксигемометрия - измерение степени насыщения артериальной крови кислородом. Метод основан на изменении спектра поглощения света связанным с кислородом гемоглобином. Известно, что степень оксигенации (S02) в легких составляет 96-98% от максимально возможной емкости крови (неполная за счет шунтирования легочных сосудов и неравномерности вентиляции) и зависит от парциального давления кислорода (Р02).Зависимость S02 от Р02 выражают с помощью коэффициента диссоциации кислорода (КД02). Его увеличение свидетельствует о повышении сродства гемоглобина к кислороду (есть более прочная связь), что может наблюдаться при снижении парциального давления кислорода и температуры в легких в норме и при патологии эритроцитов или самого гемоглобина, а уменьшение (менее прочная связь) - при повышении парциального давления кислорода и температуры в тканях в норме и при патологии эритроцитов или самого гемоглобина. Сохранение дефицита насыщения при вдыхании чистого кислорода может свидетельствовать о наличии артериальной гипоксемии.
Время насыщения крови кислородом характеризует альвеолярную диффузию, общую емкость легких и крови, равномерность вентиляции, бронхиальную проходимость и остаточные объемы. Оксигемометрия при функциональных пробах (задержка дыхания на вдохе, выдохе) и субмаксимальной дозированной физической нагрузке дает добавочные критерии для оценки компенсаторных возможностей как легочной, так и газотранспортной функции системы дыхания.
Капногемометрия - метод, во многом идентичный оксигемометрии. С помощью транскутанных (чрескожных) датчиков определяют степень насыщения крови С02. При этом по аналогии с кислородом расчитывают КДШ2, величина которого зависит от уровня парциального давления углекислоты и температуры. В норме в легких КДШ2 низкий, а в тканях, наоборот, высокий.
Исследование кислотно-основного состояния (КОС) крови
Кроме исследования коэффициента диссоциации кислорода и углекислоты для оценки газотранспортной части фукции системы дыхания важно исследование буферных систем крови, так как большая часть вырабатываемой в тканях С02 аккумулируется именно ими, во многом определяя газовую проницаемость клеточных мембран и интенсивность клеточного газообмена. Подробно исследование К0С будет представлено в описании методов оценки гомеостатических систем.Определение дыхательного коэффициента - отношение образовавшегося С02 в альвеолярном воздухе к потребленному 02 в покое и при нагрузке позволяет оценить степень напряжения эндогенного дыхания и его резервные возможности.
Подводя итог описанию некоторых методов оценки функции системы дыхания, можно констатировать, что данные методы исследования, особенно с использованием дозированной физической нагрузки (спировелоэргометрия) с одновременной регистрацией спирографии, пневмотахографии и характеристик газов крови, позволяют довольно точно определить функциональное состояние и функциональные резервы, а также тип и механизмы функциональной дыхательной недостаточности.
Цель работы: овладеть методиками определения функционального состояния системы органов дыхания; оценить функциональные возможности системы органов дыхания и изучить устойчивость организма к избытку углекислого газа.
1.1. устойчивость дыхательного центра к избытку углекислого газа (проба Штанге с задержкой дыхания на вдохе);
1.2. устойчивость организма к избытку углекислого газа (проба Сообразе с задержкой дыхания на выдохе);
2. Исследуйте и дайте оценку устойчивости Вашего организма к избытку углекислого газа (СО2). Для этого определите показатель устойчивости Вашего организма к избытку СО2.
3. Определите степень развития системы внешнего дыхания (Пжиз.)
4. Исследуйте соответствие фактической ЖЕЛ должной и выносливость Ваших дыхательных мышц, для чего выполните пробу Розенталя.
5. Определите и дайте оценку функциональных резервов кардиореспира-торной системы Вашего организма.
6. Определите состояние системы кровообращения и дыхания и выявите контингент лиц, к которым Вы относитесь по этому показателю (проба Серкина).
Методические указания к выполнению
Лабораторно-практических работ
1. Выполните лабораторную работу “Исследование и оценка состояния системы органов дыхания»
1.1. Проба Штанге (определение устойчивости дыхательного центра к избытку углекислого газа)
Ход работы. В положении сидя после 2-3 спокойных дыхательных движений сделайте глубокий вдох и задержите дыхание. При этом рот должен быть закрыт, а нос зажат пальцами или зажимом. С помощью секундомера измерьте максимально возможное произвольное время задержки дыхания.
Если время задержки дыхания на вдохе менее 40 секунд, то устойчивость вашего дыхательного центра к избытку углекислого газа (СО2) неудовлетворительная, 40 - 50 удовлетворительная и свыше 50 секунд - хорошая.
1.2. Проба Сообразе (определение устойчивости организма к избытку углекислого газа)
Устойчивость организма к избытку углекислого газа позволяют определить пробы с задержкой дыхания (апноэ).
Ход работы. В положении сидя после двух-трех спокойных дыхательных движений сделайте выдох и задержите дыхание, зажав нос пальцами. Зафиксируйте с помощью секундомера максимально произвольное время задержки дыхания на выдохе. У здоровых детей и подростков время задержки дыхания 12 - 13 секунд. Взрослые здоровые нетренированные лица могут задерживать дыхание на выдохе в течение 20 - 30 секунд, а здоровые спортсмены - 30 - 90 секунд.
Если апноэ на выдохе у Вас менее 25 секунд, то устойчивость организма к избытку СО2 неудовлетворительная, 25 - 40 - удовлетворительная, свыше 40 секунд - хорошая.
2. Определение показателя устойчивости организма к избытку углекислого газа
Ход работы. Стоя подсчитайте ЧСС по пульсу в течение минуты. Учитывая полученные данные ЧСС и время задержки дыхания на выдохе (проба Сообразе), рассчитайте показатель устойчивости (ПУ) организма к избытку углекислого газа по формуле: ПУ = ЧСС (уд/мин) : длительность апноэ (сек)
Запишите на доске результаты студентов группы, сопоставьте их и сделайте вывод об устойчивости Вашего организма к избытку СО2.
Чем ниже величина показателя, тем устойчивость организма к избытку СО2 выше.
3. Выполните лабораторную работу “Исследование и оценка морфологического критерия степени развития системы внешнего дыхания»
Степень развития системы внешнего дыхания определите при помощи расчета жизненного показателя (Пжизн.):
Средние величины жизненного показателя у мужчин составляют 65-70 см3/кг, у женщин - не менее 55-60 см3/кг.
4. Выполните лабораторную работу “Определение соответствия фактической ЖЕЛ должной и выносливости дыхательных мышц”
4.1. Определение соответствия фактической ЖЕЛ должной
Ход работы. Шкалу сухого спирометра установите на нуле. После двух-трех глубоких вдохов и выдохов сделайте максимальный вдох и произведите равномерный, максимальный выдох в спирометр. Измерение повторите три раза, зафиксируйте максимальный результат.
Полученные данные сравните с должной жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ), которую рассчитайте по формулам:
ДЖЕЛ(мужчины) = [рост (см) х 0,052 – возраст (лет) х 0,022] – 3,60
ДЖЕЛ(женщины) = [рост (см) х 0,041 – возраст (лет) х 0,018] – 2,68
Для определения процентного отклонения фактической ЖЕЛ от должной найдите отношение:
В норме величина ЖЕЛ может отклоняться от ДЖЕЛ в пределах +20 %. Повышение фактической величины ЖЕЛ относительно ДЖЕЛ указывает на высокие морфологические и функциональные возможности легких.
4.2. Определение выносливости дыхательных мышц (проба Розенталя)
Ход работы. С помощью сухого спирометра каждые 15 секунд пятикратно измерьте величину ЖЕЛ. Результаты, полученные при каждом измерении, внесите в таблицу 17. Проследите динамику ЖЕЛ и сделайте вывод о выносливости Ваших дыхательных мышц. В зависимости от функционального состояния костно-мышечного аппарата системы внешнего дыхания, кровообращения и нервной системы величина ЖЕЛ в процессе последовательных измерений ведет себя по-разному. Так, при хорошей выносливости дыхательных мышц ЖЕЛ возрастает, при удовлетворительной остается без изменений, а при неудовлетворительной выносливости уменьшается.
Таблица 17
Фамилия, имя, отчество______________________________________
5. Выполните лабораторную работу «Исследование и оценка функциональных резервов кардио-респираторной системы организма»
5 . 1. Определение индекса Скибинской (ИС)
Ход работы. После 5-минутного отдыха в положении сидя определите по пульсу ЧСС, уд/мин, ЖЕЛ, в мл и через 5 минут длительность задержки дыхания (ЗД) после спокойного вдоха, в сек. По формуле рассчитайте ИС:
ИС = 0,01 ЖЕЛ х ЗД/ЧСС
Оценку полученных результатов произведите, пользуясь таблице 18. Сделайте вывод о функциональных резервах кардиореспираторной системы. Вашего организма. Сопоставьте полученные данные с особенностями образа жизни (курение, привычка употреблять крепкий чай, кофе, гиподинамия и т.д.) или с наличием заболеваний.
Таблица 18
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЕЗЕРВОВ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ
СИСТЕМЫ ПО ИНДЕКСУ СКИБИНСКОЙ
5.2. Проба Серкина
Ход работы. В положении сидя после 2-3-х спокойных дыхательных движений сделайте вдох и задержите дыхание, зажав нос пальцами. Зафиксируйте с помощью секундомера максимально произвольное время задержки дыхания на вдохе (1 фаза, покой). Сделайте 20 приседаний за 30 секунд и тоже определите длительность задержки дыхания на вдохе (II фаза, после 20 приседаний). Стоя отдохните 1 минуту и повторите определение продолжительности задержки дыхания на вдохе в положении сидя (III фаза, после отдыха в положении сидя). Полученные результаты внесите в таблицу 19.
Таблица 19
Фамилия, имя, отчество _________________________________________
Оценку полученных результатов проведите, пользуясь таблицей 20. Определите категорию обследуемых, к которой Вы относитесь по состоянию кардиореспираторной системы. Сделайте вывод о причинах, по которым Вы отнесены к той или иной категории обследуемых. Сопоставьте полученные данные с особенностями образа жизни (курение, гиподинамия и т.д.) или с наличием заболеваний.
Таблица 20
5. Проанализируйте данные, полученные при выполнении всех лабораторных работ. На основании анализа полученных результатов укажите устойчивость Вашего организма к избытку углекислого газа, категорию обследуемых, к которой Вы относитесь по состоянию кардио-респираторной системы (данные пробы Серкина), состояние выносливости дыхательных мышц. Сделайте вывод о функциональных резервах кардио-респираторной системы Вашего организма.
Дыхание - единый процесс, осуществляемый целостным организмом. Процесс дыхания состоит из трех неразрывных звеньев:
- а) внешнего дыхания или газообмена между внешней средой и кровью легочных капилляров, происходящего в легких;
- б) переноса газов, осуществляемого системами кровообращения и крови;
- в) внутреннего (тканевого) дыхания, т. е. газообмена между кровью и клеткой, в процессе которого клетки потребляют кислород и выделяют углекислоту.
Работоспособность человека определяется в основном тем, какое количество кислорода поступило из наружного воздуха в кровь легочных капилляров и доставлено в ткани и клетки организма. Эти процессы осуществляются сердечно-сосудистой системой и системой органов дыхания. Например, при сердечной недостаточности наступает одышка, при недостаточности кислорода в атмосферном воздухе (например, на высотах) увеличивается количество эритроцитов – переносчиков кислорода, при заболеваниях легких наступает тахикардия.
При исследовании дыхательной системы пользуются различными инструментальными методами, в том числе определением дыхательных объемов – частоты, глубины ритма дыхания, жизненной емкости легких, выносливости дыхательных мышц и др. Жизненная емкость легких является показателем функциональных возможностей системы органов дыхания у данного человека. Сравнение фактической величины ЖЕЛ с должной позволяет оценить морфологические и функциональные возможности легких.
Некоторые изменения функции внешнего дыхания, механизмы адаптации к воздействию каких-либо факторов могут выявляться лишь при использовании специальных проб или нагрузок, которые получили название «функциональные легочные пробы». С их помощью можно выявить скрытые формы сердечно-легочной недостаточности, не выявляемые при обычных исследованиях.
Для исследования и оценки функционального состояния системы органов дыхания, выявления ее функциональных резервов и скрытых патологических нарушений проводят функциональные пробы с нагрузкой. В качестве нагрузки используют тесты с задержкой дыхания. Переносимость проб с задержкой дыхания отражает функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательных систем. В процессе задержки дыхания в крови возрастает содержание углекислого газа.
В условиях нормального спокойного дыхания вдох следует при 4% содержании двуокиси углерода в крови. Учитывая, что основной функцией системы внешнего дыхания является поддержание нормального уровня насыщения артериальной крови кислородом, повышение содержания углекислого газа в крови до 5-7% вызывает принудительный вдох. Чем продолжительнее время задержки дыхания, тем выше способность сердечно-сосудистой и дыхательных систем обеспечивать удаление из организма образующийся углекислый газ, выше их функциональные возможности.
При заболеваниях органов кровообращения и дыхания, анемиях продолжительность задержки дыхания уменьшается. Для оценки уровня здоровья человека предложено длительность произвольной задержки дыхания на спокойном выдохе сравнивать с возможностями обменных процессов в организме.
Состояние организма в зависимости от содержания СО2 в альвеолярном воздухе при максимально возможной задержке дыхания
Пробы Штанге и Сообразе
Наиболее распространенными функциональными пробами системы органов дыхания являются пробы Штанге и Сообразе. Эти пробы позволяют выявить устойчивость организма к избытку углекислого газа по длительности задержки дыхания на вдохе (проба Штанге) и выдохе (проба Сообразе).
Пробы могут быть использованы при исследовании системы органов дыхания как у взрослых, так и у детей. Здоровые взрослые нетренированные люди задерживают дыхание на вдохе в течение 40 – 50 секунд, дети в 6 лет - 16 с, 8 лет – 32 с, 10 лет – 39 с, 12 лет – 42, в 13 лет - 39 с.
Взрослые здоровые нетренированные люди могут задерживать дыхание на выдохе 20–30 с, спортсмены – 30–90 с, здоровые дети и подростки – 12–13 с.
Проба Серкина
Проведение пробы Серкина и анализ полученных результатов позволяет по состоянию кардио-респираторной системы выявить категорию лиц (здоровые тренированные, здоровые нетренированные, лица со скрытой недостаточностью кровообращения) к которой относятся обследуемые. Данная проба включает три фазы и позволяет определить длительность задержки дыхания на вдохе в состоянии покоя, после функциональной нагрузки (двадцати приседаний за 30 с), и выявить характер восстановления длительности задержки дыхания после отдыха. На основе сравнения исследуемых показателей с нормальными значениями для разных групп лиц обследуемого относят к одной из этих групп. При выполнении физической работы увеличивается потребность организма в кислороде и сокращается продолжительность задержки дыхания на вдохе.
При физической нагрузке удовлетворение потребности организма в кислороде осуществляется за счет включения приспособительных механизмов: достаточно быстро и адекватно мощности нагрузки увеличивается минутный объем дыхания и минутный объем крови. Быстрое возвращение их к исходному уровню в период восстановления (отдыха) свидетельствует о хорошем состоянии сердечно-сосудистой и дыхательных систем.
При недостаточности этих систем отмечается большее увеличение минутного объема дыхания, медленное и недостаточное увеличение потребления кислорода, незначительное возрастание дыхательного коэффициента (отношение объема выдыхаемого углекислого газа к объему потребляемого кислорода). Поскольку границы функциональных возможностей внешнего дыхания значительно шире, чем системы кровообращения, то увеличение периода восстановления свидетельствует, прежде всего, о неполноценности системы кровообращения.
