Функциональные возможности дыхательной системы

Источник: «Спортивная диагностика»
Автор: профессор В.П. Губа, 2016 год

Анализ функционирования респираторной системы в тренировочном процессе спортсменов

В современных условиях интенсификации нагрузок при спортивной деятельности необходима разработка диагностических критериев оценки функционального состояния респираторной системы юных спортсменов.

Для организма тренирующегося спортсмена характерны специфические состояния, крайне редко переживаемые человеком, не тренирующем скоростно-силовые качества или выносливость. У подростков, достигшего определенного уровня спортивной подготовленности характерно перенесение острого и хронического утомления, перетренированности, обусловленных избыточными физическими нагрузками.

Экстремальные физические нагрузки в спорте лимитируют физическую активность за счет развития бронхиальной обструкции, клеточной инфильтрации слизистой оболочки бронхов, ремоделирования респираторного тракта. Отмечается увеличение емкости сосудистого капиллярного русла, повышение вязкости крови, удлиняется время мукоцилиарного клиренса; при этом увеличение кровенаполнения легких при максимальных нагрузках у квалифицированных спортсменов приводит к компрессии сосудов малого круга кровообращения и развитию острого респираторного дистресс-синдрома. Это служит основой для ремоделирования респираторного тракта: происходит гипертрофия дыхательной мускулатуры, развивается субэндотелиальный фиброз, отмечается снижение эластичности стенки бронха, разрывы альвеол и окклюзия легочных капилляров в условиях механического и оксидативного стресса, повышение тонуса симпатического отдела ВНС, что приводит к вазоконстрикции, редукции сосудистого русла.

В обучении юных спортсменов стратегической задачей этапа начальной подготовки является, как увеличение общего объема времени физических и психических нагрузок, так и интенсивности учебно-тренировочных занятий.

Целью исследования явился анализ изменений показателей кривой «поток-объем» в динамике тренировки футболистов 13-14 лет. Для оценки изменений состояния функции внешнего дыхания проводился запись спирограммы с использованием спирографа «Спиро-Спектр» компании Нейрософт. По спирограмме оценивались следующие показатели: жизненная емкость легких (ЖЕЛ), форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1), отношение объема форсированного выдоха за 1 секунду к форсированной жизненной емкости (ОФВ1/ФЖЕЛ), средняя объемная скорость воздуха в середине форсированного выдоха между 25 и 75% ФЖЕЛ (СОС 25-75), пиковая объемная скорость (ПОС), мгновенная объемная скорость в момент выдоха 25% ФЖЕЛ (МОС25), мгновенная объемная скорость в момент выдоха 50% ФЖЕЛ (МОС50), мгновенная объемная скорость в момент выдоха 75% ФЖЕЛ (МОС75).

Рис. 1. Показатели функции внешнего дыхания в динамике физической нагрузки

На основании проведенного спирографического мониторинга спортсменов сделан вывод о том, что у большинства из обследованных при анализе кривой «поток-объем» отмечался прирост скоростных и объемных показателей дыхания, что можно охарактеризовать как адекватные приспособительные реакции респираторной системы, в частности, легочной вентиляции, на тренировочную нагрузку (рис. 1).

При нарастании интенсивности физической нагрузки в процессе тренировки отмечалось повышение показателей, характеризующих резервные возможности дыхания (ОФВ1, ФЖЕЛ, МОС50-75) и отражающих мобилизационную готовность дыхательной системы к выполнению дополнительной нагрузки. Данные изменения происходили за счет включения в работу мелких бронхов и бронхиол дистального отдела дыхательной системы. Выявленные возможности свидетельствуют о наличии резервного ресурса работы дыхательной системы в группе обследованных спортсменов.

Для приведенной группs спортсменов предполагается высокая переносимость нагрузок на выносливость, возможность роста тренированности и спортивного мастерства.

Однако, часть спортсменов (12%) отмечали появление дезадаптивных изменений при нарастании тренировочной нагрузки до уровня субмаксимальной.

ПОДПИСЬ

Как видно из полученных данных (рис. 2) отмечается снижение показателей по кривой «поток-объем», характеризующих скоростные показатели респираторной системы.

Средний уровень NOex в покое составил 14,2±0,7 ppb, после разминки - 21,2±0,4, при нарастании интенсивности физической нагрузки - 13,4+0,6, в периоде восстановления - 15,7+0,5 (рис. 3).

Рис. 3. Уровень окиси азота в выдыхаемом воздухе у мини-футболистов в различных режимах физической нагрузки

Как видно из представленных данных, при нарастании физической нагрузки отмечается достоверное увеличение продукции N0, при восстановлении - сохранение гиперпродукции оксида азота с выдыхаемым воздухом.

Данная динамика отражает колебание NOex в области патологических значений, вероятно ассоциированных с возможным аллергическим воспалением. При оценке ФВД у данных спортсменов не было отмечено диагностически значимого снижения показателей ОФВ1, МОС25-75 в динамике физической нагрузки.

Эргоспирометрия

Эргоспирометрия - это метод функциональной диагностики, при котором производится анализ дыхательных газов в инспираторной и экспираторной фазе, позволяющий сделать заключения о взаимодействии систем дыхания, сердца, кровообращения и обмена веществ. Этот метод применяется в спортивной медицине, а также в кардиологии, пульмонологии и профмедицине.

В спортивной медицине эргоспирометрия обеспечивает объективное неинвазивное измерение функциональной способности сердечно-сосудистой системы, а также точное определение индивидуального аэробного/анаэробного порога.

На основе эргоспирометрических обследований могут быть получены точные рекомендации по организации тренировок. Эргоспирометрический тест должен проводиться на бегущей дорожке. Использование велоэргометров не может быть рекомендовано с учетом специфических футбольных нагрузок.

Рис. 4. Особенности нарастания нагрузки при ступенчатом тесте

В процессе эргоспирометрического тестирования футболист движется по бегущей дорожке с постоянным увеличением нагрузки. В течение первых 2-х минут тестирования угол подъема бегущей дорожки = 0%, а скорость составляет 4 км/ч. С 6-й минуты подъем полотна бегущей дорожки и скорость увеличиваются в соответствии с выбранным протоколом до момента остановки тестирования. Измерения также проводятся за 5 минут до и через 5 минут после нагрузки (рис. 4).

В результате эргоспирометрического тестирования могут быть получены следующие параметры:

1. Поглощение кислорода (VО₂) и выброс углекислого газа на соответствующей стадии нагрузки
2. Минутный объем дыхания (AMV)
3. Вентиляция мертвого пространства
4. Максимальное поглощение кислорода (VО₂макс)
5. «Кислородный пульс» (доставка кислорода при определенной частоте пульса)
6. Дыхательный эквивалент (для О₂ и СО₂)
7. Респираторный коэффициент (RQ)
8. Аэробный/анаэробный порог
9. Резерв дыхания
10. Соотношение мертвого пространства и дыхательного объема

Максимальное поглощение кислорода (VО₂макс) в процессе максимальной нагрузки является стандартным показателем аэробной производительности. При этом речь идет о максимальном объеме О₂, которое поглощается из вдыхаемого газа за единицу времени. В профессиональном спорте определение VО₂макс используется для оценки результатов тренировок на выносливость.

Значение VО₂макс рассчитывается в литрах в минуту. У нетренированных оно обычно составляет около 3-3,5 л/мин, а у выносливых тренированных спортсменов около 5-6 л/мин. Для индивидуального сравнения выносливости ввиду различных антропометрических данных (рост, вес) этот показатель может использоваться весьма ограниченно. Для лучшей сопоставимости используется унификация по весу тела. Используется относительное максимальное поглощение кислорода (мл/мин/кг). У людей в возрасте от 20 до 30 лет этот показатель составляет 35-40 мл/мин/кг. Женщины достигают меньших значений. Когда VО₂макс соотносится с безжировой массой тела, разница между полами практически стирается. Топ-спортсмены определенных видов спорта (например, велогонщики, лыжники, бегуны на длинные дистанции) могут достигать значений 80-90 мл/мин/кг. У пациентов с заболеваниями сердца измеряются значения около 15-20 мл/мин/кг. Максимальное поглощение кислорода (VО₂макс) определяет верхний предел сердечнососудистой системы. Среднее значение VО₂макс, измеренное у профессиональных футболистов-мужчин различных национальностей, находится в диапазоне от 55 до 68 мл/мин/кг, при этом у некоторых спортсменов максимальные значения превышают 70 мл/мин/кг. Эти значения сопоставимы со значениями, полученными у представителей других командных видов спорта, однако они существенно ниже, чем показатели ведущих спортсменов в видах спорта на выносливость, у которых эти значения могут достигать 90 мл/мин/кг.

Прямое измерение газообмена в процессе эргоспирометрии представляет собой оптимальный метод определения максимального поглощения кислорода (VО₂макс). Оно может производиться, например, методом анализа отдельных дыхательных циклов (метод Breath-by-Breath). Точное определение VО₂макс в процессе эргоспирометрии предполагает применение высоких уровней нагрузки, которая может оцениваться на основании различных критериев.

1. Первым критерием является так называемый эффект «выравнивания» - несмотря на повышение нагрузки, не происходит дальнейшего увеличения поглощения кислорода. В этом случае мы говорим о пиковом VО₂ (или VО₂пик). При этом речь идет о самом высоком VО₂ за весь период нагрузки. Другими объективными критериями максимальной нагрузки являются:
2. Максимально достигнутая ЧСС.
3. Максимальная концентрация лактата (8-10 ммоль/л).
4. Максимальный респираторный коэффициент (RQ>1,1).
5. Макс. О₂ - дыхательный эквивалент (>30).
6. Превышение максимальной ЧСС (220-возраст).

Под поглощением кислорода (VО₂) понимается объем кислорода, который потребляется организмом из вдыхаемого воздуха за единицу времени. Его можно рассчитать как произведение разницы концентрации О₂ во вдыхаемом (0,209) и выдыхаемом воздухе (0,163) и из минутного объема дыхания (в покое около 7 л/мин). Пример в состоянии покоя:

VО₂ = 7 л/мин (0,209-0,163) 02 VО₂ - 0,3 л/мин

При этом VО₂ это объем кислорода, который в чистом виде потребляется организмом из вдыхаемого воздуха. С повышением физической нагрузки происходит увеличение VО₂. Также происходит увеличение минутного дыхательного объема и минутного объема сердца. Увеличение VО₂ зависит от функциональной способности как респираторной, так и сердечно-сосудистой системы. Работающая мускулатура демонстрирует повышенную потребность в кислороде. Она покрывается за счет более интенсивного кровоснабжения мускулатуры и повышенного использования кислорода. Повышенное периферическое использование кислорода достигается за счет увеличения расхода кислорода, увеличения количества кровопроводящих капилляров, а также повышения значения pH и температуры в работающей мускулатуре.

Респираторный коэффициент (RQ) является одним из параметров, определяемых в процессе эргоспирометрии. Респираторным коэффициентом называется отношение объема углекислого газа, выделяемого за единицу времени (VСО₂ л/мин), к объему поглощаемого кислорода (VО₂ л/мин).

RQ = VСО₂/VО₂

В условиях равновесия (steady state) респираторный коэффициент зависит от метаболического субстрата выработки энергии и может использоваться для оценки доли метаболизации жиров или углеводов. RQ составляет 1 при чистой метаболизации углеводов, при чистом сжигании жира 0,7. Среднесбалансированное питание приводит к RQ примерно 0,8-0,85. При повышении нагрузки выработка СО₂ превышает потребление 02, так что RQ поднимается до значений свыше 1. Повышение RQ дo значений свыше 1,1 в процессе эргоспирометрии рассматривается как один из критериев достижения максимальной нагрузки.

Дыхательный эквивалент рассчитывается путем деления минутной вентиляции легких (VE л/мин) на потребление кислорода (VО₂ л/мин). EQ02 = VE / VО₂ Значение EQ02 отражает количество вдыхаемого воздуха, которое необходимо для поглощения 1 литра 02 и таким образом представляет собой показатель вентиляторной эффективности. Дыхательный эквивалент составляет около 25 единиц в состоянии покоя, т.е. для поглощения 1 л 02 требуется около 25 л воздуха. С началом нагрузки EQ02 падает и достигает у тренированных атлетов минимальных значений около 20. «Точка оптимальной эффективности дыхания» (согласно Hollmann) определяется, когда максимум потребления кислорода (VО₂) достигается при относительном минимуме минутного дыхательного объема (VE). При дальнейшем увеличении нагрузки дыхание становится «неэкономным» (увеличение вентиляции мертвого пространства, слишком короткое контактное время для поглощения 02 в легочных капиллярах), за счет чего происходит повышение дыхательного эквивалента. В пограничной области физической работоспособности EQ02 достигает значений 30-35. Степень тренированности, а также тип нагрузки влияют на определение значения VО₂макс. Значение VО₂макс, достигаемое на бегущей дорожке за счет большей задействованности мышечной массы, как правило, выше, чем VО₂макс при тесте на велоэргометре. Однако гребцы или велосипедисты способны достичь своего действительного VО₂макс на эргометрах, специфических для своих видов спорта, поскольку за счет характерных заученных движений тренированная мускулатура может быть максимально задействована и напряжена. Выбор нагрузочного протокола также влияет на полученные результаты. Сегодня в основном выбираются протоколы линейного или ступенчатого увеличения нагрузки. Общая длительность нагрузки должна быть 7-12 минут. Меньшая или большая длительность нагрузки может привести к искажению результатов тестирования. Максимальная аэробная производительность может быть выражена в метаболических единицах (МЕТ), 1 МЕТ соответствует .энергетическому обмену в состоянии покоя со средним потреблением кислорода 3,5 мл/мин/кг. Соответственно, могут быть рассчитаны следующие приблизительные значения максимального энергетического обмена у людей с различным уровнем физической подготовленности:

1. Нетренированные - 10.
2. Тренированные спортсмены - 15.
3. Высокотренированные спортсмены - 20 METs.

Значения, рассчитанные по формулам непрямого определения VО₂макс из мощности в Вт (для велоэргометрических исследований) или достигнутой скорости (при тестировании на бегущей дорожке), имеют достаточно большой разброс ввиду большого числа факторов воздействия.

Порог VСО₂/VО₂ и ЧСС, достигнутая при пересечении кривых, а также значение VО₂макс являются определяющими параметрами для расчета ЧСС при аэробной и анаэробной, специфической футбольной тренировке на выносливость. По нашему опыту, этот метод более эффективен для расчета тренировочного пульса, чем метод лактатных порогов. При использовании метода эргоспирометрии параллельно проводится также анализ кинетики лактата методом забора капиллярной крови. Результаты обоих тестирований сравниваются друг с другом и способствуют выработке эффективных рекомендаций по организации тренировочного процесса.

Анализ функционирования респираторной системы в соревновательном процессе спортсменов

При классификации тренировочных нагрузок в целях индивидуализации их тренирующего эффекта учитывается существование «критических точек» мощности нагрузок, которые отличаются разным соотношением аэробных и анаэробных процессов в метаболическом обеспечении мышечной деятельности. При этом система регуляции дыхания, как правило, поддерживает уровень легочной вентиляции согласно интенсивности метаболических процессов, происходящих в организме, а уровень потребления 02 и выделения СО₂ можно считать конечным результатом. Однако дыхательный центр обеспечивает непосредственно не конечный интегральный уровень легочной вентиляции, а ее компоненты: глубину и скорость вдоха и выдоха, продолжительность фаз дыхательного цикла.

Исследования проводили в условиях предсоревновательной подготовки с участием 320 спортсменов, которые специализировались в избранном виде спорта (легкая атлетика, гребля на байдарках и каноэ, хоккей, биатлон, лыжные гонки). Изучали показатели газообмена, внешнего дыхания в условиях эргометрических нагрузок различной продолжительности и интенсивности, позволяющих оценить возможности разных сторон энергообеспечения физической работы.

В качестве физических нагрузок, преимущественно аэробного характера энергообеспечения, использовали нагрузки малой интенсивности с дистанционным уровнем потребления О₂ 17-20% максимального уровня потребления О₂ (VО₂max) и нагрузки средней интенсивности с уровнем VО₂ 51-55% VО₂max. Мощность аэробных механизмов энергообеспечения физической работы характеризовалась достигнутым уровнем VО₂max и мощностью «критической» работы (Ш_кр) при выполнении работы со ступенчато-возрастающей мощностью «до отказа», а также работы на уровне анаэробного порога (W_AнП). Использовали 60-секундную нагрузку максимальной интенсивности для оценки анаэробных гликолитических возможностей организма (W_max60c).

В реальном масштабе времени определяли основные характеристики реакции дыхательной системы с использованием диагностического эргоспирометрического комплекса «ОхусопМоЬНе» («Jager», Германия): легочную вентиляцию (V_E), частоту дыхания (f_Т), дыхательный объем (V_T), концентрацию СО₂ и О₂ в выдыхаемом (F_EО₂, F_EСО₂) и в альвеолярном воздухе (F_AО₂, F_AСО₂), потребление О₂ (VО₂), выделение СО₂ (VСО₂), газообменное отношение (VСО₂-VО₂^-1), вентиляционные эквиваленты для 02 (EQ02 = VEA/О₂^-1) и СО₂ (EQСО₂ - VE - VСО₂^-1), кислородный пульс («О₂-пульс» = VО₂ • ЧСС^-1) и др. Учитывая, что измерения проводились в открытой системе, показатели внешнего дыхания приведены к условиям BTPS, а газообмена -к условиям STPD. Регистрацию частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд • мин^-1) проводили с помощью «Sport Tester Polar» (Финляндия).

В условиях физических нагрузок с различным соотношением аэробных и анаэробных процессов в энергообеспечении были проанализированы изменения реакции кардиореспираторной системы (КРС) по ее уровню и эффективности. Как видно из данных, в условиях использованных тестов спортсмены выполняют физическую работу различной мощности, что и обусловливает различный уровень срочной реакции КРС, которая адекватна уровню метаболизма при определенных условиях выполнения физической работы. При аэробных физических нагрузках малой и средней интенсивности, нагрузках на уровне порога анаэробного обмена отмечается некоторое преобладание прироста потребления О₂ над увеличением выделения СО₂. Так, величина VCО₂-VCО₂^-1 изменялась в пределах от 0,78 до 0,93. Это свидетельствовало о том, что тестирующие нагрузки выполнялись преимущественно за счет аэробных механизмов энергообеспечения. В этот период активность анаэробных гликолитических процессов в энергообеспечении работы незначительна, и они играют мобилизирующую роль для развития аэробных процессов в энергообеспечении.

С увеличением интенсивности физических нагрузок на фоне повышения активности аэробных процессов в энергообеспечении отмечается прогрессирующее увеличение активности анаэробных гликолитических процессов. В этот период нарушается баланс образования лактата в мышцах и его утилизации в организме, появляются признаки угнетения аэробных процессов в энергообеспечении нарастающей степенью ацидоза. При выполнении работы на уровне порога анаэробного обмена и после его превышения отмечается больший прирост выделения СО₂ (на 1585,74±29,75%), чем потребления О₂ (на 1234,55+20,23%), что связано с компенсацией нарастающей степени ацидоза во время выполнения максимальных физических нагрузок (табл. 1).

Увеличение вклада анаэробных гликолитических процессов и нарастающая степень ацидоза приводят к изменениям в эффективности деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. С повышением интенсивности физических нагрузок в аэробной зоне отмечается повышение эффективности легочной вентиляции и эффективности дыхательного цикла (изменения VО₂ • f_T^-1 в диапазоне 88,48-308,19%), а после превышения порога анаэробного обмена отмечается снижение их эффективности.

При нагрузках были обнаружены достоверные различия величины основных параметров функционирования дыхательной системы (табл. 2), характеризующие структуру дыхательной реакции. С увеличением мощности нагрузки отмечается прогрессирующее увеличение V_E, V_x, f_T, V_A, V_D в сочетании со снижением продолжительности дыхательного цикла (T_fТ), создаются сложные и неоднозначные изменения паттерна дыхательной реакции (легочной вентиляции). Наибольшая степень изменений относительно состояния покоя отмечается для альвеолярной вентиляции при аэробных нагрузках малой (на 203,13±3,24%) и максимальной (на 1377,33+4,58%) интенсивности, а также для легочной вентиляции (от 196,26±9,38 до 1200,78±23,73% соответственно). Меньшая степень изменений отмечается для уровня вентиляции мертвого пространства (от 199,99±8,14 до 862,86± 1,03% соответственно).

Таблица 1. Уровень физической работоспособности и уровень функционирования кардиореспираторной системы у спортсменов в условиях физической работы разного характера энергообеспечения, X±S

Показатель	Относительный покой	Нагрузка
		Аэробная		Аэробно-анаэробная		Анаэробная нагрузка максимальной интенсивности
		малой интенсивности	средней интенсивности	на уровне порога анаэробного обмена	удержание «критической» мощности
Мощность работы (W), Вт	-	55,0+0,6	143,5+1,6	397,1+3,5	368,7+4,1	595,1+6,7
Уровень потребления 02 V02), мл • мин-1	419,3±6,0	1056,7+12,2	2725,3+29,8	4784,7+35,8	4790,4+59,4	4615,1+62,8
Уровень выделения С02 (VC02), мл • мин 1	330,6±5,1	804,0+10,5	2417,4+29,5	5157,5+43,2	4920,6+59,4	5193,7+77,7
Частота сердечных сокращений (ЧСС), уд • мин-1	62,8+0,7	88,9+0,7	135,4+1,0	190,2+0,5	188,2+0,9	183,3+1,0
Кислородный эффект сердечного цикла («02-пульс»), мл • уд-1	5,9±0,1	12,0+0,1	20,2+0,1	25,4+0,2	26,1+0,6	25,0+0,4
Вентиляционный эквивалент для 02, EQ02 = VE • V02 1	30,9+0,3	25,3+0,2	24,1+0,1	31,0+0,2	31,0+0,3	29,6+0,4
Вентиляционный эквивалент для СО, EQCO, = VE • VC024	33,2+0,3	27,6+0,3	25,3+0,2	31,4+0,2	31,8+0,3	33,4+0,4
Коэффициент использования 02(V02-VЕ-1)	31,6+0,2	40,6+0,2	41,4+0,2	30,2+0,2	30,3+0,3	29,2+0,4
Газообменное отношение (VC02/V 02)	0,7+0,01	0,7+0,01	0,9+0,008	1,0+0,01	1,03+0,01	1,1+0,0

О

Таблица 2. Изменения основных характеристик функционирования дыхательной системы у спортсменов в условиях выполнения физических нагрузок различного характера, X ± S

Показатель	Относительный покой	Нагрузка
		Аэробная		Аэробно-анаэробная		Анаэробная нагрузка максимальной интенсивности
		нагрузка малой интенсивности	средней интенсивности	на уровне порога анаэробного обмена	удержание «критической» мощности
Уровень легочной вентиляции VE, л • мин 4	13,3+0,1	26,1+0,2	66,3+0,7	159,8+1,3	159,4+2,1	160,0+2,5
Дыхательный объем, VT л	866,5+13,9	1256,8+16,8	2163,1+27,6	3105,2+27,6	3114,6+39,6	2930,8+40,3
Частота дыхания, fr мин-1	16,3+0,2	21,6+0,2	31,4+0,3	52,4+0,5	51,5+0,7	55,2+0,9
Уровень альвеолярной вентиляции, VA, л • мин-1	10,5+0,1	21,4+0,3	57,0+0,7	135,9+1,5	145,2+2,0	143,7+2,6
Коэффициент экономичности дыхательного цикла, V02 T-1	26,6+0,5	50,1+0,8	89,6+1,4	93,9+1,2	94,9+1,7	85,7+1,7

С возрастанием интенсивности нагрузки в формировании уровня легочной вентиляции увеличивается уровень альвеолярной вентиляции и уменьшается вентиляция мертвого пространства. При максимально достигнутой мощности в условиях длительной работы объем функционального мертвого пространства может вырасти на 169,10±3,47%, который, однако составляет меньшую долю от величины дыхательного объема (около 10,20± 1,04%), поэтому эффективность вентиляции в целом при нагрузке возрастает. В условиях удержания работы на уровне «критической» мощности и достижения максимального уровня потребления 02 отмечается снижение V_D • V_T^-1 от 19,11 ±0,38 до 8,94+0,54, что составляет 46,78±2,06% состояния относительного покоя и свидетельствует об улучшении вентиляционно-перфузионного отношения в легких с ростом мощности физической работы.

Уровень легочной и альвеолярной вентиляции в условиях нагрузок различной интенсивности формируется за счет степени увеличения дыхательного объема (145,05-359,45% состояния относительного покоя) и частоты дыхания (132,59-338,09%), а также их соотношения в структуре дыхательной реакции. Уменьшается также продолжительность дыхательного цикла. При условии выполнения физической работы в аэробном режиме до уровня порога анаэробного обмена (включительно) отмечается увеличение уровня легочной вентиляции за счет большего увеличения величины дыхательного объема, чем за счет увеличения частоты дыхания. Дыхательный объем от состояния относительного покоя (866,50+13,93 мл) до уровня порога анаэробного обмена (2918,80+29,52 мл) увеличивается на 225,42±10,09% и в этих условиях достигает максимального уровня - 90,53±3,74%. При повышении интенсивности нагрузки в аэробной зоне отмечаются наибольшие изменения для V_T (104,59±3,85%), а меньшие - для f_T (31,26+1,98%).

С увеличением интенсивности нагрузки происходит прогрессирующее увеличение вклада анаэробных гликолитических процессов. В этих условиях достижение максимального уровня легочной вентиляции (159,81 ±1,33 л • мин^-1) происходит преимущественно за счет увеличения частоты дыхания, которая достигает максимальной величины (52,44±0,50 • мин^-1). Как видно из рисунка 1, в условиях выполнения и до момента достижения максимального уровня потребления кислорода отмечается наименьший прирост дыхательного объема (на 32,95+1,38%) за этот период, который сочетается с наибольшей степенью учащения дыхания (на 86,05±2,98%). В условиях преобладания в энергообеспечении физической работы анаэробных гликолитических процессов (60 - секундная анаэробная нагрузка максимальной интенсивности) максимальный уровень легочной вентиляции (160,08±2,52 л • мин^-1) формируется при дальнейшем увеличении частоты дыхания (55,29±0,95 мин^-1) в сочетании со снижением дыхательного объема (2930,81 ±40,36 мл). Выполнение нагрузки в аэробном режиме сопровождается углублением дыхания, а в дальнейшем - с увеличением вклада анаэробных гликолитических процессов в энергообеспечении: его учащением, в основном за счет сокращения дыхательного цикла.

Эти закономерности подтверждают результаты корреляционного анализа связи уровня легочной вентиляции с величиной дыхательного объема и частотой дыхания при различных условиях выполнения физической работы. Так, при ее выполнении в аэробной зоне отмечается большая зависимость величины VE от дыхательного объема (коэффициенты корреляции изменяются в пределах 0,468 и 0,530, р <0,05), чем от частоты дыхания (г = 0,372-0,450, р <0,05). С повышением интенсивности физической нагрузки (от уровня порога аэробного обмена) отмечается постепенное уменьшение влияния на уровень легочной вентиляции дыхательного объема и повышения влияния частоты дыхания.

Закономерности в изменении структуры дыхательной реакции в условиях физических нагрузок с различным соотношением аэробных и анаэробных процессов в энергообеспечении не зависят от вида спорта. Различия среди представителей разных видов спорта и спортивных специализаций отмечаются только по продолжительности физической работы, выполненной в аэробном режиме или после уровня анаэробного порога при прогрессирующем увеличении активности анаэробных процессов в энергообеспечении. У спортсменов-спринтеров порог анаэробного обмена наступает раньше, чем у стайеров при стандартных условиях выполнения физической нагрузки и, как результат, в формировании легочной вентиляции ранее отмечается увеличение вклада частоты дыхания при уменьшении дыхательного объема.

Таким образом, выбирается такое соотношение между глубиной дыхания и продолжительностью инспираторной и экспираторной фаз, при котором необходимый уровень альвеолярной вентиляции достигается наиболее экономным путем (с точки зрения работы, выполняемой дыхательной мускулатурой). При выполнении физической работы в аэробном режиме до уровня порога анаэробного обмена отмечается увеличение уровня легочной вентиляции за счет увеличения величины дыхательного объема, чем за счет увеличения частоты дыхания. Физическая работа в аэробном режиме при отсутствии значимых гуморальных сдвигов в организме вызывает увеличение легочной вентиляции преимущественно за счет сигналов от проприорецепторов работающих мышц и диафрагмы, что приводит к повышению в основном дыхательного объема.

С увеличением интенсивности нагрузки на уровне порога анаэробного обмена после превышения порога формирование необходимого уровня легочной вентиляции происходит преимущественно за счет увеличения частоты дыхания. Так, при выполнении физической работы на уровне порога анаэробного обмена и до момента достижения максимального уровня потребления кислорода отмечается наименьший прирост дыхательного объема (на 32,95±1,38%), сочетающийся с наибольшим увеличением частоты дыхания (на 86,05±2,98%). В этот период, при увеличении в энергообеспечении физической работы анаэробных гликолити-ческих процессов, увеличивается значение гуморального стимула, который больше влияет на частоту дыхания при формировании легочной вентиляции. При этом появляется при увеличении интенсивности физической нагрузки нелинейность вентиляторной реакции по отношению к приросту продукции СО₂, что связанно с развитием лактат-ацидоза с артериальной гипоксемией и лимитирующими факторами биомеханики дыхания.

Формирование необходимого уровня легочной вентиляции за счет частоты дыхания не является экономным путем с точки зрения биомеханики дыхания. С увеличением интенсивности тренировочных нагрузок увеличивается и уровень потребления О₂, необходимый для обеспечения мышечного метаболизма. Для повышения эффективности тренировочного процесса следует знать индивидуальный «критический» уровень интенсивности тренировочной нагрузки, так как увеличенный при этом уровень потребления О₂ не связан с интенсификацией мышечного метаболизма, а обеспечивает повышенную работу дыхательных мышц для увеличения частоты дыхания. Этот фактор может ограничить величину максимальной физической работоспособности, поскольку

при высоком уровне легочной вентиляции дыхательные мышцы начинают использовать весь дополнительно потребленный О₂, а в энергообеспечении тренировочной нагрузки увеличивается активность анаэробных гликолитических процессов при снижении аэробных.

Таким образом, у спортсменов с выявленными изменениями необходимо снижение интенсивности нагрузок циклического характера и скоростно-силовых субмаксимальной мощности. Возможно корректное использование В2-агонистов короткого действия при мониторинге ФВД и клинической оценки переносимости физической нагрузке, роста показателей тренированности и соревновательной успешности.

Проведенный однократный скрининг динамики изменений концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе при нарастании интенсивности физической нагрузки у подростков-спортсменов выявил волнообразную динамику продукции NO, достоверно связанную с интенсивностью анаэробной работы. Повышение значений NO у них свыше 20 ppb у отдельных спортсменов свидетельствуют о возможном риске гиперпродукции данного биологического маркера на фоне сублинически протекающего аллергического воспаления в респираторном тракте. Отсутствие значимого падения ОФВ1 у обследованных спортсменов свидетельствует о достаточной степени компенсаторных изменений и высоком респираторном потенциале атлетов, тренирующих качества скорости-силы и выносливости. Выявленные спортсмены со средним и высоким уровнем продукции оксида азота должны быть отнесены в группу высокого риска бронхиальной гиперреактивности.

В качестве профилактических мероприятий желательно усиление белкового и витаминно-минерального компонента; применение антигипоксантов (янтарная кислота, кофермент Q10, милдронат, цитохром С) в периоде специальной подготовки и в соревновательном периоде, регуляторов липидного обмена в подготовительном периоде (L-карнитин, липоевая кислота), антиоксидантов в соревновательном периоде (витамины А, С, Е, В5, В-каротин). Рекомендован углубленный этапный медицинский контроль (1 раз в 3 месяца).

Проведенный мониторинг показателей функции внешнего дыхания демонстрирует разнонаправленность реакций мелких бронхов респираторного тракта, вегетативной нервной системы, местных клеточных и гуморальных факторов.

Направленность процессов на адаптацию и повышение кислород транспортной функции в условиях субмакимальной нагрузки претерпевает обратное развитие у 15% обследованных, что может привести к реализации лимитирующего влияния бронхоспазма, отека и гиперсекреции слизи на поступление кислорода в альвеолы и, в свою, очередь опосредовать снижение физической работоспособности.

Динамический мониторинг тренировочного процесса при оценке показателей кривой «поток-объем» позволяет на ранней стадии выявить и скорректировать бронхоспазм, вызванный физической нагрузкой, уточнить его этиологию и провести раннее диагностическое и фармакологическое вмешательство.

Полученные данные позволяют сделать вывод об ухудшении показателей ФВД, преимущественно за счет нарушений бронхиальной проходимости вследствие дисрегуляции вегетативного тонуса с активацией парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, рефлекторного снижения проходимости бронхов в ответ на снижение уровня сурфактанта в альвеолах, что наблюдается как следствие гипоксической активации процессов пере-кисного окисления липидов в ответ на нагрузку субмаксимальной мощности.

Читайте также

• Определение тренировочной и соревновательной нагрузки
• Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы
• Оценка психологического состояния спортсмена (тесты)
• Спортивная генетика: генетические тесты для спортсменов
• Развитие физических качеств