Участие кислорода в физиологии дыхания.

Для понимания проблемы гипоксия мышц несколько слов о физиологии процессов, которые происходят в организме человека при повышенных нагрузках:

Дыхание: значительно усиливается при мышечной работе: растет глубина (до 2–3 л) и частота дыхания (до 40–60 вдохов/мин). Минутный объем дыхания при этом может увеличиваться до 150–200 л/мин. Однако значительное потребление кислорода дыхательными мышцами (до 1 л/мин) делает нецелесообразным предельное напряжение внешнего дыхания. 

Сердечно-сосудистая система, участвуя в доставке кислорода работающим тканям, претерпевает следующие изменения: увеличивается систолический объем крови (при больших нагрузках у спортсменов – до 150–200 мл), нарастает ЧСС (до 180 уд/мин и более), растет минутный объем крови (у тренированных спортсменов – до 35 л/мин и более). Происходит перераспределение крови в пользу работающих органов (скелетной и сердечной мышц, легких) и снижение кровоснабжения внутренних органов и кожи. Перераспределение крови тем более выражено, чем больше мощность работы. Количество циркулирующей крови при работе увеличивается за счет ее выхода из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается вдвое. В системе крови наблюдается увеличение количества форменных элементов: миогенный эритроцитоз, миогенный тромбоцитоз и миогенный лейкоцитоз. При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани, что приводит к увеличению артерио-венозной разности по кислороду и коэффициента использования кислорода. Рост кислородного долга при значительных физических нагрузках сопровождается увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением рН крови. В связи с потерей воды и увеличением количества форменных элементов, повышение вязкости крови достигает 70%. При циклических упражнениях различной длительности с увеличением дистанции снижаются единичные энерготраты (ккал/с) и растут суммарные энерготраты (до 2–3 ккал на всю работу), а анаэробный путь энергопродукции (за счет АТФ, КрФ и гликолиза) сменяется постепенно аэробным путем (за счет окисления углеводов, а затем и жиров). (С.И. КАРТЫШЕВА ФИЗИОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ)

Существует классификация циклических упражнений в зависимости от характера энергообеспечения (по А.Р. Гоцу)

При выполнении физической работы в организме действуют следующие энергосистемы: 1) анаэробная – фосфагенная и гликолитическая системы;

2) аэробная – окислительная. В соответствии с относительной нагрузкой на указанные энергосистемы все циклические упражнения делятся на анаэробные и аэробные. Анаэробные физические упражнения в зависимости от мощности их выполнения классифицируются на:

а) максимальные анаэробной мощности − обеспечиваются за счет фосфагенной системы (АТФ, КФ) и при непосредственном участии гликолитической системы (кишечный гликоген). Виды спорта: соревнования по л/а, бег до 100 м, плавание до 50 м. Время их выполнения – 20 с;

б) околомаксимальные анаэробной мощности – осуществляются отчасти за счет фосфагенной системы, но преимущественно за счет гли- колитической. Виды спорта: бег на 200–400 м, плавание на расстояние до 100 м. Время выполнения – 20–50 с;

в) субмаксимальные – в их обеспечении участвует преимущественно гликолитическая система. Виды спорта: бег на 800 м, плавание на 200 м. Время выполнения – 1–2 мин;

Аэробные физические упражнения в зависимости от мощности их выполнения классифицируются на:

а) максимальные аэробной мощности – при выполнении физических упражнений лишний гликоген окисляется до молочной кислоты, СО2 и Н2О. Виды спорта: бег 1000–1500 м, плавание на 400–800 м. Время выполнения – 20–30 мин;

б) околомаксимальной мощности. Виды спорта: бег на 5–10 км, плавание 1,5 км. Время выполнения – 30 мин;

в) субмаксимальной мощности − при этой нагрузке окисляются углеводы и жиры пищи. Виды спорта: бег на 30 км и выше, лыжи на 20–50 км. Время выполнения – 2 часа;

г) средней мощности – при выполнении физической работы ис- пользуются преимущественно жиры рабочих мышц и крови, а также углеводы. Виды спорта: спортивная ходьба на 50 км, лыжные гонки на 50 км. Время выполнения – несколько часов; д) малой аэробной мощности – при выполнении физической работы окисление жиров происходит в большей степени, а углеводов – в меньшей. Виды спорта: быстрая ходьба, упражнения в системе массовых занятий или лечебной физкультуры. Время выполнения – на протяжении многих часов.

В зависимости от вида нагрузки и типа тренировки в организме происходят несколько отличающиеся друг от друга процессы, но они похожи в нескольких моментах: ЧСС увеличивается до 180 уд/мин (может достигать 200–220 уд/мин); МОК = до 25 л/мин; СД = 180–190 мм. рт. ст; ДД = 100–110 мм. рт. ст.; ЧД = 40–60 циклов/мин; легочная вентиля- ция (ЛВ) повышается до 100–150 л/мин; МПК (максимальное потребление кислорода) составляет 5–7 л/мин; КД (кислородный долг) = 20–25 л/мин (очень большой); кислородный запрос больше потребления кислорода (КЗ > ПК) и составляет от 25 до 8,5 л/мин.

Так как деятельность дыхательной и сердечнососудистой систем, обеспечивающих доставку кислорода к работающим мышцам, усиливается постепенно, то в начале любой работы сокращение мышц осуществляется преимущественно за счет энергии анаэробных механизмов (за счет расщепления АТФ, КрФ, анаэробного гликолиза с образованием молочной кислоты). Имеющееся в начале работы несоответствие между потребностями организма (работающих мышц) в кислороде и их реальным удовлетворением в период врабатывания приводит к образованию кислородного дефицита. Замедленное увеличение потребления кислорода в начале работы, приводящее к образованию кислородного дефицита, объясняется:

1) инертным усилением деятельности систем дыхания и кровообращения, т.е. медленным приспособлением кислородтранспортной системы к мышечной деятельности;

2) особенностями кинетики самого энергетического метаболизма в работающих мышцах: чем быстрее (короче) протекает процесс врабатывания, тем меньше кислородный дефицит. Вывод: при выполнении одинаковых аэробных упражнений кислородный дефицит у тренированных спортсменов меньше, чем у нетренированных людей.

Через несколько минут после начала напряженной и продолжительной работы (при работе циклического характера субмаксимальной, большой и иногда умеренной мощности) у нетренированного человека часто возникает особое состояние, называемое «мертвой точкой»(иногда оно отмечается и у тренированных спортсменов). Чрезмерно интенсивное начало работы повышает вероятность появления этого состояния, которое характеризуется:

1) субъективными признаками: ощущение одышки, чувство стеснения в груди, головокружение, ощущение пульсации сосудов головного мозга, иногда боли в мышцах, желание прекратить работу;

2) объективными признаками: частое и поверхностное дыхание, повышенное потребление кислорода и увеличенное выделение углекислого газа с выдыхаемым воздухом, высокая ЧСС, повышенное содержание углекислого газа в крови и альвеолярном воздухе, закисление крови, значительное потоотделение.

Общая причина наступления «мертвой точки» состоит в несоответствии между высокими потребностями рабочих мышц в кислороде и недостаточным уровнем функционирования кислородтранспортной системы, призванной обеспечивать организм кислородом, т.е. в дискоординации двигательных и вегетативных функций. В результате такого процесса в мышцах и крови накапливаются продукты анаэробного метаболизма, прежде всего молочная кислота. Это касается и дыхательных мышц, которые могут испытывать состояние относительной гипоксии из-за медленного перераспределения сердечного выброса в начале работы между активными и неактивными органами и тканями тела. Преодоление временного состояния «мертвой точки» требует больших волевых усилий. Если работу продолжить, но снизить ее темп, то появляется чувство внезапного облегчения, которое выражается в появлении нормального («комфортного») дыхания. Поэтому состояние, сменяющее «мертвую точку», называют «вторым дыханием». С наступлением «второго дыхания» уменьшается легочная вентиляция, замедляется частота дыхания, но увеличивается глубина дыхания, снижается частота сердечных сокращений, уменьшается потребление кислорода и выделение углекислого газа с выдыхаемым воздухом, а рН крови растет (т.е. кровь защелачивается) и увеличивается потоотделение. В основе физиологического механизма возникновения «второго дыхания» лежит феномен усвоения ритма (А.А. Ухтомский). Он заключается в способности нервных центров усваивать новый навязанный им ритм раздражения. В основе усвоения ритма лежит изменение лабильности ткани (ее увеличение).

После прекращения работы происходят обратные изменения в деятельности тех функциональных систем, которые обеспечивали выполнение этого упражнения. Вся совокупность изменений в этот период объединяется понятием «восстановление». На протяжении восстановительного периода удаляются продукты рабочего метаболизма и восполняются энергетические запасы, пластические (структурные) вещества (белки и др.) и ферменты, израсходованные за время мышечной деятельности. По существу, происходит восстановление нарушенного работой гомеостаза. Однако восстановление – это не только процесс возвращения организма к предрабочему состоянию, но и период, в течение которого происходят изменения, обеспечивающие повышение функциональных возможностей организма, т.е. положительный тренировочный эффект. В частности, сразу после окончания физических нагрузок восстанавливаются алактатная фаза кислородного долга и фосфагены; через несколько минут происходит нормализация пульса, артериального давления, ударного и минутного объемов крови, скорости кровотока, т.е. тех показателей, которые обеспечивают восстановление лактатной фазы кислородного долга. В течение нескольких часов восстановления после нагрузок нормализуются показатели внешнего дыхания, глюкоза и гликоген. Обмен веществ, состав крови, водно-солевой баланс, ферменты и гормоны восстанавливаются в течение несколько суток.

Знание медико-биологических особенностей восстановления и их реализация в практике тренировочной деятельности способствуют достижению высоких спортивных результатов, правильному применению реабилитационных мероприятий и самое главное – сохранению здоровья спортсменов. Восстановительные мероприятия могут быть:

а) постоянными. Проводятся с целью профилактики неблагоприятных функциональных изменений, сохранения и повышения неспецифической резистентности и физиологических резервов организма, предупреждения развития раннего утомления и переутомления спортсменов. К таким мероприятиям относятся рациональный режим тренировок и отдыха, сбалансированное питание, дополнительная витаминизация, закаливание, общеукрепляющие физические упражнения, оптимизация эмоционального состояния. Эти мероприятия достаточно хорошо известны, реализуются в спортивной практике и не требуют дополнительного обоснования;

б) периодическими. Проводятся по мере необходимости с целью мобилизации резервных возможностей организма для поддержания, экстренного восстановления и повышения работоспособности спортсменов. К мероприятиям этой группы относят различные воздействия на биологически активные точки, вдыхание чистого кислорода при нормальном и повышенном давлении (гипербарическая оксигенация), гипоксическую тренировку, массаж, тепловые процедуры, ультрафиолетовое облучение, а также использование биологических стимуляторов и адаптогенов, не относящихся к допингам, пищевых веществ повышенной биологической активности и др. (к.б.н. зав. кафедрой Воронежского госуниверситета Картышева С.И. Физиология физических упражнений ).