Биоэкономика зовнішнього дихання людини

Биоэкономика зовнішнього дихання людини

Доцент А. Ф. Григорян, Доктор педагогічних наук, професор М. С. Акопян, Кандидат біології Н. Ю. Адамян, Р. С. Арутюнян, Гюмрийский державний педагогічний інститут ім. М. Налбандяна, Гюмрі, Єреванський державний університет, Єреван.

Введение

Довільне управління диханням виявляється у здібності людини свідомо змінювати темп, ритму і амплітуду дихальних рухів. Вентиляція легких, як відомо, з одного боку, забезпечується довільній мускулатурою, з другого — є автономної функцією, беручи участь у підтримці гомеостазу. Тому довільне управління дихальними рухами може здійснюватися у широких межах, але з тим вона жорстко обмежена вимогами, зумовлені необхідністю збереження деяких життєво важливих констант внутрішнього середовища. Існує повна залежність систем, обеспечиваюших доставку кисню, від зміни характеру метаболізму, рівня активності дихальних ферментів і іншого, що у сукупності становить рівень споживання кисню [17].

Вместе про те довільне дію, відмінне цілеспрямованістю, влучністю і тонкощами виконання у точному смислі слова, властиво лише людини й підпорядковуються вимогам свідомої середовища. Здатність людини довільно управляти диханням еволюційно пов’язано із розвитком промови [15, 16].

Для людини дуже характерне значне що у регуляції дихання переднього мозку, особливо кори мозку. Кора мозку безпосередньо управляє рухової сферою, частиною якого і є дихальна мускулатура [13].

Отсюда хіба що перекидається фізіологічний місток керованих розумом скелетными м’язами і непідвласними волі вегетативними процесами.

Способность довільно управляти легеневої вентиляцією дозволяє людині - як здоровому, і хворому — розумно доповнити «мимовільні «рефлекторногуморальные механізми, контролюючі функцію дихання [3].

На основі регуляції дихання широко застосовується довільне оптимальне зменшення вентиляції легких підвищення фізичної, розумової працездатності, а й у терапевтичних цілях що за різних функціональних порушеннях дихальної та серцево-судинної система. Оскільки існує тісний взаємозв'язок між дихальної і зміцненню серцево-судинної функціональними системами, здійснювану різних рівнях цих систем: від рецепторних полів до дихального і сердечно-сосудодвигательного центрів продовгуватого мозку, а й у верхніх відділах мозку.

В дослідженнях поруч із диханням вивчали вплив довільного оптимального зменшення хвилинного обсягу дихання (ПОУМОД) на серцеву діяльність.

Учитывая особливості всього комплексу природногеографічних умов Вірменії і другого Республіка за величиною міста Гюмрі (де були проведено наші дослідження), знаходиться в висоті 1700 м вище над рівнем моря, ми припустили, що з довільному оптимальному зменшенні легеневої вентиляції студентів, спортсменів, які мають, як які живуть цих умовах, відносно високою тлом адаптаційних можливостей, можна досягнути більш результатів щодо підвищення їх працездатності. Це питання викликає великий інтерес лікарів, фізіологів, спеціалістів у галузі спортивної, гірської й авіакосмічної медицини.

Методика. Довільне управління диханням, як відомо, виявляється у здібності людини свідомо змінювати вентиляцію легких. У разі нашого експерименту випробовувані вдиханням повітря «тонкої струменем «збільшували тривалість вдиху до 7−10 з. Експерименти проводилися на студентів факультету фізичної культури педагогічного інституту 18−23 років. Вдих проводився в такий спосіб, щоб у момент закінчення зберігалася можливість його продовження. Наступний за довільним вдихом видих залишався мимовільним.

При довільному збільшенні часу вдиху випробовуваний сосредотачивал увагу до зменшенні його секундних дихальних обсягів без збільшення дихальних рухів купою клітини. Вдих і видих відбувалися через ніс безшумно.

Совершенствование ПОУМОД у спокої здійснювалося при систематичної щоденної тренуванні, сприяє розвитку вміння досягти значного довільного зменшення минитного обсягу дихання (МОД) до 2−3 л на хв без порушення метаболічних потреб організму.

В процесі ПОУМОД реєстрували ЕКГ у 2-му стандартному відведення, визначали рівень насичення артеріальною крові киснем з допомогою оксигемометра, виробляли запис ЕЕГ.

В довільному зменшенні вентиляції легких випробовувані тренувалися самостійно (3 десь у день). Через відсутність спирографа за домашніх умов тренування проводилася за оптимальному зменшенню частоти дихання один хв. Засвоєння цього досвіду не потребувало неабияких часу: тренування тривала десять хв.

Испытуемый при тренуванні зусиллям волі концентрував всю свою увагу на працюючих дихальних м’язах.

Исследования було проведено доі після двомісячної тренування, при звичайному подиху у спокої і під час виконання легкої фізичної навантаження, саме фізичних вправ дома тривалістю 5−7 хв, стрибків із 30-сантиметровой тумби вгору-вниз — 5−7 хв, підняття 10-килограммовой гантелі двома руками — 5−7 хв. Реєстрували частоту дихання, серцеву діяльність, HbO2 і ЕЕГ в спокійному стані, і навіть при довільному зменшенні МОД (4 один хв).

Результаты обговорення. ПОУМОД складається головним чином із подовженою фази вдиху, як і є наслідком вольових зусиль, вкладених у зміна природного ритму і на заздалегідь намічений певний ритм дихання, саме 4 дихальних руху на 1 хв замість 14−16 нормального ритмі.

В умовах перебування частота дихання піддослідних загалом становила 15 один хв, МОД — 9300 мл. Якщо брати, що обсяг мертвого простору здорового людини становить приблизно 150 мл, то 1 хв буде 2250 мл, тобто. при цьому час лише 7050 мл (75,8%) прямо брати участь у газообмене.

То ж спостерігалося при довільному зменшенні легеневої вентиляції (4 один хв) з тієї лише різницею, що заодно обсяг мертвого простору був значно менше — 600 мл (4×15). Через війну помітно зростає кількість повітря, що у газообмене, — 92,8%. Ці дані послужили контрольними для отриманих і під час невеличкий фізичної роботи (див. розділ «Методика »), у своїй частота дихання становила 26 один хв, МОД -17 400 мл, а при довільному зменшенні дихання 4 один хв. МОД становив 16 600 мл.

Указанные вище дані, отримані в піддослідних як і спокійному стані, і при фізичної навантаженні, своєю чергою, послужили контрольними для наступних дослідів, проведених після двомісячної тренування тих осіб.

При тренуванні ПОУМОД відбувається адаптація, яка починається з ломки старої структури гомеостатического регулювання, що створює передумову побудови нової структури більш адекватної даної середовищі.

После тренування спостерігалися деякі зрушення за показниками зовнішнього дихання. Так, при спокійному подиху частота урежалась до 12, МОД зменшувався до 8600 мл, а при довільному зменшенні дихання до запланованих 4 один хв МОД становив 7900 мл. При фізичної навантаженні тієї ж інтенсивності після тренування піддослідних частота дихання становила 22 один хв, а МОД — 13 900 мл. У цих осіб при довільному зменшенні частоти дихання до запланованих 4 один хв МОД становив 13 100 мл.

Ввиду те, що довільне зменшення легеневої вентиляції і економізація зовнішнього дихання, істотно які змінюють центральні механізми регуляції дихання, зачіпають також діяльність серцево-судинної системи, паралельно із диханням реєструвалося ЕКГ. При звичайному подиху із частотою 15 один хв частота серцевого ритму становила 75; при ПОУМОД 4 один хв — 77,8 (загалом). Як бачимо, при довільному зменшенні дихання в 3−4 разу серцевий ритм не зазнає особливих змін залишилися. Слід, проте, вказати, що серцевий ритм в період одного дихального циклу при довільному зменшенні до запланованих 4 один хв відчуває фазові зміни.

Так, при 15-секундной тривалості дихального циклу (4 один хв) у перших 5 з вдиху спостерігається добре виражене почастішання серцевого ритму, тобто. 124,8% від середньої частоти під час всієї 15-секундной тривалості дихального циклу. У 10 з, навпаки, починається урежение серцевого ритму до 92,8%.

Учащение серцевого ритму на початку ПОУМОД можна пояснити зміною тонусу вегетативної нервової системи [6, 12], а розвиток брадикардии на другий фазі довільного зменшення МОД пояснюють, з одного боку, підвищенням внутригрудного тиску, з іншого — гуморальним впливом [18, 19] і рефлекторними впливами з механоі хеморецепторов судинних рефлексогенных зон, легеневих судин і паренхіми легких [7, 8].

Следует відзначити, що заодно мали місце індивідуальні розбіжності у спрямованості і інтенсивності змін параметрів ЕКГ.

После двомісячної тренування в довільному оптимальному зменшенні дихання встановлено, що його впливає на всі параметри зовнішнього дихання як із звичайному стані, і при фізичної навантаженні піддослідних.

Так, якщо частота дихання внаслідок тренування у спокої урежалась незначно (12 проти 15 один хв), то, при фізичної навантаженні воно зменшувалася з 26 до 22 в 1 хв. Через війну тренування як із звичайному подиху у спокої й при фізичної навантаженні, і при довільному урежении дихання (4 один хв) МОД зменшується на 9−10%.

При тренуванні випробовувані домагаються підвищення надбульбарной стимуляції дихального центру, зниження його чутливості зміну газового складу крові, переважно до накопичення CO2 .

Результаты проведених досліджень показують, що менший приріст МОД може спокою і за фізичної навантаженні підвищує фізичну працездатність з допомогою зменшення її енергетичної вартості.

По мері звикання до произвольному зменшенню МОД формуються тимчасові зв’язку, які зумовлюють оптимізацію відповідей дихального апарату і випереджають зниження легеневої вентиляції [2].

После двомісячної тренування по ПОУМОД були також деякі зрушення в частоті й у амплитудно-временных параметрах ЕКГ. Так було в цілому серцевий ритм урежается, ще початкова 5-секундное почастішання в фазі вдиху значно згладжується.

Имеет місце також деяке збільшення зубця R, подовження інтервалів окремих хвиль ЕКГ.

Как бачимо, виникнення і прогресивне підвищення резерву економічності зовнішнього дихання сприяло позитивним якісних змін економічності серцевої діяльності.

Поскольку довільне зміна дихання залежить від рівня коркового впливу дихальні м’язи, з метою дослідження фізіопсихологічного стану піддослідних реєстрували ЕЕГ. У цьому зменшення частоти дихання до запланованих 4 один хв під час подовженою фази вдиху й у фазі видиху викликало фазову динаміку змін ЕЕГ.

При зіставленні даних із МОД у звичайних обставинах і за довільному зменшенні легеневої вентиляції (4 один хв) видно, що міра повітря на першому випадку становив 620 мл, тоді як із довільному зменшенні вентиляції легких — 2075 мл, що зумовлює більшого розкриття альвеол і поліпшення газообміну між альвеолярным повітрям і кров’ю. У цьому майже 4 разу скорочується енергія, затрачиваемая працювати дихальних м’язів (4 дихання проти 15 один хв).

Известно, що переміщення повітряного потоку у процесі дихання пов’язане з чималої витратою енергії дихальної мускулатурою. На вдиху їм доводиться долати эластическое опір легень і тканин грудної клітини, эластическое опір переміщаються при подиху органів грудної і черевної порожнини, а також опір трахеобронхиального дерева [3].

Как було зазначено вище, при довільному зменшенні частоти дихання зменшується також хвилинний обсяг мертвого простору й відповідно збільшується обсяг альвеолярного повітря. Коли ж врахувати та метаболізму, що відбуваються на тихорєцькому і молекулярному рівні, можна сказати, що з довільній регуляції дихання ефективність економізації зовнішнього дихання організму значно зростає. У другій серії експериментів той самий було проделанно при легкої фізичної навантаженні піддослідних. Цьому ми надавали важливого значення, оскільки м’язова діяльність є найсильнішим природним стимулом дихання. Щойно включається м’язова навантаження, частішає і поглиблюється подих. Імпульси, які з сенсомоторной кори до працюючих м’язів, одночасно надають пряме впливом геть дихальний центр через кортико-бульбарные шляху [1].

Кроме того, подих стимулюється афферентной импульсацией, що надходить із проприорецепторов працюючих м’язів [5, 8].

При виконанні легкої фізичної роботи у умовах мимовільного подиху і його довільного оптимального зменшення (4 один хв), що цю різницю у збільшенні вентиляції легких невеличка. Це засвідчує тому, що нездатні повністю покрити кількість кисню, расходуемое виконання даної фізичної навантаження при довільному зменшенні частоти дихання, більш ніж 5 раз. Цього можна лише завдяки тісний взаємозв'язок экономизаций функцій інших систем організму, оскільки він відбувається на системному, органному, але і клітинному, субклітинному, молекулярному рівнях [4].

Таким чином, МОД є керівною параметром економічності зовнішнього дихання не лише у спокої, а й за фізичної навантаженні. Менший приріст МОД при фізичної роботі підвищує фізичну працездатність завдяки зменшенню її енергетичної вартості. Зниження МОД у спокої й при фізичної діяльності - взаимодействующее ланка єдиного процесу підвищення економічності зовнішнього дихання [11].

Регуляция зовнішнього дихання дуже складно інтегрована, що з його довільному зменшенні крім рефлекторної саморегуляції проприорецепторы дихальних м’язів надають рефлекторне впливом геть всю локомоторную мускулатуру.

В своє чергу, локомоторная проприорецепция впливає на дихальну мускулатуру. Так, доведено, що проприорецептивная импульсация з м’язів задньої кінцівки вступає у структури дихального центру. Це означає, що це ядра і значної частини нейронів дихального центру непосредстенно пов’язані з м’язової афферентацией [5, 14].

После двомісячної тренування піддослідних по произвольному зменшенню легеневої вентиляції як у частоті (R-R), і по електричної активності серця спостерігалося поліпшення серцевої діяльності відповідно економізації зовнішнього дихання. Наприклад, встановлено тісний позитивна кореляція рівня МОД із частотою серцевих скорочень (ЧСС) і хвилинною обсягом крові, тобто. з параметрами, котрі характеризують інтенсивність фізичної роботи. Це дозволяє припустити, що з виконанні фізичної роботи з і тієї ж потужністю і тривалістю, зменшення МОД корелює із зменшенням ЧСС і підвищує її економічність [11].

В умовах адаптації людини до екстремальним впливам при фізичних тренуваннях спортсменів тощо також змінюються функції зовнішнього дихання: зменшується МОД і підвищується коефіцієнт використання кисню. Проте, як показують експериментальні дані, різноманітні форми фізичної тренування з мимовільної регуляцією дихання є недостатньо ефективним засобом його економізації. Так, збереження при мимовільному подиху меншою, аніж за його довільній регуляції, ступеня зменшення МОД, очевидно, свідчить про дотриманні дихальним центром принципу поступової реабілітації економічності зовнішнього дихання [10].

Поэтому з прискорення адаптаційного процесу тренованості спортсменів доцільно проведення довільній оптимізації і наступного автоматизації зовнішнього дихання, спрямованої на суворо дозоване зменшення його інтенсивності. Це тим, що дихальна мускулатура функціонально має багато з локомоторным апаратом, хоча водночас має деякими фізіологічними особливостями, зокрема поруч із экстерорецептивными ще й интерорецептивными механізмами регуляції.

Заключение

При ПОУМОД адаптаційні зміни метаболізму, активності дихальних ферментів, аэробного дихання призводять до нового рівня кисневого забезпечення, отже до значних змін кислородобеспечивающих органів прокуратури та систем.

В цьому разі ставили метою прискорити процес адаптації шляхом довільній оптимізації зовнішнього дихання. Це дає можливість зменшити МОД й тимчасово підвищити коефіцієнт використання кисню організмом. При ПОУМОД тривалість фаз дихання збільшується до 10−15 з, що з тривалої тренуванні автоматизується і дихальний центр набуває новий ритм роботи. У результаті частота дихання зменшується до запланованих 4 один хв проти вільного мимовільного 15 один хв. У цьому зменшується МОД, й обсяг мертвого простору, як і сприяє помітному збільшення обсягу повітря, що у газообмене. Після двомісячної тренування по ПОУМОД у піддослідних, зайнятих.

физическим працею, відбуваються фізіологічні і біохімічні зрушення в зовнішньому і тихорєцькому подиху, що сприяє поліпшенню використання кисню, входить у МОД, а також рівня анаеробного дихання.

После двомісячної тренування піддослідних по произвольному зменшенню легеневої вентиляції як у частоті, і по електричної активності серця спостерігається поліпшення серцевої діяльності відповідно економізації зовнішнього дихання. Так, подовження серцевого циклу переважно з допомогою діастоли — показник поліпшення кровенаполнения серця й збільшення ударного обсягу. Збільшення амплітуди зубців R і T, подовження інтервалу Q — T свідчить про поліпшення кисневого постачання серцевого м’яза і підвищення його сократительной здібності.

Поскольку є функціонально багато спільного у локомоторных і интерорецептивных механізмів в регуляції дихання, проявляється синхронна зв’язок соматичних і вегетативних функцій. Звідси практично будь-яка зміна активності управляючих чи гомеостатических систем, що з дією чинників довкілля, фізичними чи психоэмоциональными навантаженнями тощо., знаходить свій відбиток у рівні функціонування системи дихання, а зв’язки й з диханням — і системи кровообігу.

Список литературы

1. Бреслав І.С., Жиронкин О. Г., Шмельова А. М. Про співвідношення кортикальных і хеморецептивных стимулів в регуляції дихання людини. IX Всесоюз. цук. по пробл. кортико-висцеральной фізіології. 1972. Баку.

2. Бреслав І.С., Кариев М. М., Шмельова А. М. Довільне управління диханням і облигатный рівень легеневої вентиляції //Физиол. журн. СРСР, вип. 59, 1973, з. 34−36.

3. Бреслав І.С. Подих як довільна функція /У кн. «Довільне управління диханням в людини ». — М.: Наука, 1975. — 150 з.

4. Бреслав І.С., Ісаєв РР. Фізіологія дихання. — СПб.: Наука, 1994. — 680 з.

5. Габдрахманов Р. Ш. Роль медіальної зони продовгуватого мозку в ритмічною діяльності нейронів дихального центру //Физиол. журн. СРСР, вип. 58, з. 1514, 1972.

6. Кострубина О. Н. Зміни серцевої діяльності при затримки дихання в школярів: Матер. 4-й міжвузівській науковій конференції фізіологів і морфологов пед. інститутів. Ярославль: 1970, з. 184−186.

7. Лоога Р. Ю. Про фізіологічних засадах використання варіантів довільній затримки дихання в практичної медицині. Довільне управління диханням людини. Тез. докл. Л., 1975, з. 26−27.

8. Малкін В.Б., Логінова Є.В. Споживання кисню як показник адаптації тварин до висотної гіпоксії //Патлів. биол. і авиакосм. мед. 1984, № 5, з. 47−50.

9. Малкін В.Б., Гора Е. П. Гіпервентиляція. — М.: Наука, 1990, з. 182.

10. Сороко С.І., Родкина Т. П. Зміна центральних і вегетативних механізмів регуляції при вплив експериментальної високогірній гіпоксії: Матер. симп. «Інтеграція механізмів регуляції функцій ». Майкоп, 1996, з. 77−78.

11. Федоренко В.І. Вплив економічності зовнішнього дихання на фізіологічне стан студентів: Автореф. канд. діс. М., 1982.

12. Ченегин В. М., Погудин С. М., Бондарєв Л. В. Динаміка тонусу вегетативної нервової системи при затримки дихання. Стан і регуляція вегетативних функцій в здоровому людини і тварин. Володимир, вип. 4, № 2, 1975, з. 28−29.

13. Шпатенко Ю. О., Шеховцев И. К., Тимофєєва Т.В. та інших. Зміна електроенцефалограми при гостру й хронічної гіпоксії. Hypoxia. Med.j., 2, 1996, p. 71−72.

14. Шик Л. Л. Основні риси управління диханням. Успіхи физиол. наук. Т.29 (2), 1998, з. 3−11.

15. Язловецкий В. С., Гримберг В. А., Мунтянов В. В. Вивчення ступеня довільного управління школярами деякими параметрами дихання //Вікові особливості фізіологічних систем дітей і підлітків. М., 1977, т. 1, з. 200.

16. Язловецкий В. С., Левитский П. М., Бурдиян Л. И. та інших. Довільна регуляція дихання за умов м’язової діяльності. М., 1985, з. 404−405.

17. Fitsgerald R.S. Relationships between tidal volume and phrenic nerve activity during hypercapnia and hypoxia. Acta. Neurobiol Exp., 33, 1973, p. 419.

18. Lin C.J. Tissue oxygen and carbon dioxide partial pressure changes in normal subjects during hyperventilation. Chung Hua Nei Ко Tsa Chin. Vol. 22, 4, 1983, p. 201−203.

19. Magel J.R., McArdle W.D., Weiss N.L. et al. Heart rate response to apnea and faceimmersion. J. Sports Med. and Phys. Fitness. Vol. 22, 2, 1982, p. 135−146.

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.