CC BY
56
УДК 796.01:577.01
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ БЕГУНОВ В ПЕРВЫЕ ДВА ДНЯ ДЕАККЛИМАТИЗАЦИИ ПОСЛЕ ДВАДЦАТИ ДНЕЙ ПРЕБЫВАНИЯ В ВЕРХНЕМ СРЕДНЕГОРЬЕ
А.П. Исаев, В.В. Эрлих
Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
Проблема транспорта и потребления кислорода и углекислого газа, кровотока внутренних органов, функциональных показателей легочной и сердечно-сосудистой системы при различных воздействиях представляет несомненный теоретический и прикладной интерес с точки зрения оптимизации подготовки спортсменов. Выявление фоновых данных, референтных границ, резервных возможностей кардиореспираторной системы, выполняющей кислородтранспортную и спектр других функций, представляет интерес в аспекте прогнозирования спортивных достижений. Горный климат оказывает большое влияние на адаптацию к гипоксии. Важное изучение климата и его последствий на деакклиматизацию на равнине и установление сроков подведения организма спортсменов к предстоящим соревнованиям является практической задачей, требующей разрешения. Обоснование прогрессивных технологий подготовки, ведущей к новым спортивным достижениям, требует получения новых фактов и их интерпретаций.
Ключевые слова: транспорт и потребление кислорода, выделение двуокиси углерода, кровоток внутренних органов, функциональные показатели легочной системы и системы кардиогемодинамики, объемный кровоток, системное давление, сосудистое сопротивление, регуляция, сосудорасширяющие факторы, системообразующие факторы.
Актуальность. Объемный кровоток в большинстве тканей контролируется в соответствии с их метаболическими потребностями. Сердечная деятельность, системное кровообращение, дыхание изучены современной наукой. Однако отдельные фрагменты регуляции состояний кардиореспираторной системы требуют получения дополнительных знаний. Это касается прежде всего функции дыхательных путей (трахея, бронхи и бронхиолы), органного кровотока, растяжимости сосудов и функции периферических сердец. Существует устоявшееся представление, что ткани организма сохраняются вместе за счет волокон соединительной ткани. Однако участки кожи удерживаются вместе благодаря интерстициальной жидкости, которая представляет собой частичный вакуум [1]. Если отрицательное давление в тканях исчезает, то в интерстициальных пространствах накапливается жидкость и развивается отек.
Организация, модель, метод исследования. Обследовались бегуны на средние дистанции (МС, КМС) в количестве 15 человек в возрасте 20-23 лет. Использовалась комплексная диагностирующая система «Analizator AMP» (Киев), позволяющая анализировать системные показатели гомеостаза. Исследование проводилось в центре оперативной оценки состояния человека с соблюдением всех условий физиологических исследований.
Результаты исследования и их обсуждение. Значения функциональных показателей дыхания, транспорта, потребления кислорода и выделения двуокиси углерода представлены в табл. 1.
Как следует из табл. 1, значения функции внешнего дыхания (ФВД) значительно превосходили должные величины. Индекс Тиффно находился выше референтных границ, что позволяет говорить о повышении объема форсированного выдоха при маловариативных показателях ЖЕЛ в среднегорье и на равнине. Значения максимальной легочной вентиляции существенно не различались с данными, полученными в условиях места проживания. На легочную вентиляцию затрачивается 3-5 % общих энергозатрат тела, но во время больших тренировочных нагрузок (БТН) величина затрат возрастает в 50 раз.
Следовательно, дыхательный процесс является одним из ключевых, лимитирующих выполнение БТН. В регуляции ФВД принимают участие корково-подкорковые и местные факторы, включая мышечную систему бронхов, а также симпатические воздействия.
Уровень потребления О2 несколько превышал верхние значения нормы, вероятно, в связи с перестроечными процессами, следующими за условиями гипоксии. Дыхательный коэффициент позволяет говорить о балансе углеводно-жировых компонентов энергообеспечения. Высокие значения транспорта О2, потребление кислорода на 100 г ткани головного мозга позволяют судить об адаптивно-компенсаторных сдвигах на равнине и последействия горного климата. Потребление О2 на 1 кг массы тела, а также его абсолютная величина превосходили диапазон нормы.
Насыщение артериальной крови О2 и потреб-
Таблица 1
Функциональные значения кардиогемодинамики спортсменов
Наименование значений M ±m Референтные границы
Жизненная ёмкость лёгких, см3 3667,02 81,55 3500-4300
Легочная вентиляция, мин 8,43 0,32 4-12
Жизненный объём лёгких в фазе экспирации, см3 1738,95 124,12 -
Максимальный воздушный поток, мин 126,97 4,87 74-116
Тест Тиффно, % 90,88 1,20 84-110
Рабочий уровень потребления кислорода, % 60,96 0,41 45-60
Время однократной нагрузки, мин 14,41 1,29 41185,00
Дыхательный коэффициент 0,89 0,01 0,8-1,2
Транспорт кислорода, мл/мин 1400,24 29,08 900-1200
Потребление О2 на 100 г ткани головного мозга, мл 3,96 0,26 2,8-3,4
Насыщение артериальной крови О2, % 97,39 0,29 95-98
Потребление О2 на кг веса, мл/мин/кг 5,02 0,17 41064,00
Потребление О2, мл/мин 299,52 19,87 200-250
Потребление О2 миокардом, мл/мин 9,07 0,02 41189,00
Индекс тканевой экстракции кислорода, мл 0,29 0,00 0,26-0,34
Выделение СО2, мл/мин 327,71 11,96 119-300
Суммарное содержание СО2 в артериальной крови, % 37,85 1,15 32,5-46,6
Содержание СО2 в венозной крови, % 61,10 0,32 51-53
Скорость продукции СО2, мл/мин 256,47 16,57 150-340
Индекс сосудистой проницаемости 3,61 0,07 4,165-4,335
Плотность плазмы, г/л 1052,81 0,30 1048-1055
Объём циркулирующей крови, мл/кг 71,67 0,35 68-70
Минутный объём кровообращения, л/мин 4,02 0,07 3,5-4,3
Скорость оксигинации, мл/с 252,39 2,44 260-280
Поверхность газообмена, м2 3678,06 13,73 3500-4300
Дефицит циркулирующей крови, мл 159,19 14,87 0-250
ления О2 миокардом оказались выше референтных границ, а индекс тканевой экстракции О2 был в диапазоне нормы. В исследовании отмечался повышенный уровень выделения СО2, а суммарное содержание двуокиси углерода в артериальной крови находилось в диапазоне нормы. При этом в венозной крови содержание СО2 превосходило верхние значения референтных границ. Диффузия и парциальное давление газов находятся в пропор-циальной зависимости от концентрации газов. Диффузионная емкость зависит от пропускной способности дыхательной мембраны. Существующие концепции физиологического шунта, мертвого пространства позволяют объяснить молекулярно-клеточные факторы кровообращения и дыхания [1].
Повышение выделения СО2, его содержание в венозной крови зависит от скорости диффузии, которая превышает аналогичную О2 в 20 раз. У бегунов наблюдался низкий индекс сосудистой проницаемости, а ОЦК был выше верхних показателей референтных границ. Скорость оксигенации находилась ниже уровня границ нормы. Увеличе-
ние интенсивности метаболизма тканей после возвращения с гор повышает РСО2 в интерстициальной жидкости при всех уровнях кровотока.
По мнению авторов, снижение метаболизма до 1/4 от нормы вызывает падение РСО2 до 41 мм рт. ст., что близко к его содержанию в артериальной крови (40 мм рт. ст.). В наших исследования суммарное содержание СО2 в артериальной крови составило 37,85 ± 1,15 %.
В табл. 2 представлены функциональные показатели сердечно-сосудистой системы и кровотока внутренних органов бегунов.
Как следует из табл. 2, процессы распространения возбуждения в предсердиях, деполяризации в желудочках миокарда соответствовали референтным границам. Гетерометрический механизм регуляции соотносит сердечный выброс с притоком крови по венам малого круга, а гомеометриче-ская регуляция осуществлялась при сокращениях миокарда в ответ на изменение давления в аорте и легочных артериях. После возвращения с гор ширина третьего желудочка головного мозга превосходила значения референтных границ. Сосуды
Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура», выпуск 3Q
35
Интегративная физиология
Таблица 2
Функциональные значения кардиогемодинамики спортсменов
Наименование значений М ±т Референтные границы
Сердечный выброс, мл 63,32 0,95 60-80
Интервал Рр, с 0,15 0,00 0,125-0,165
Интервал рт, с 0,38 0,00 0,355-0,4
Интервал 0Я8, с 0,11 0,00 0,065-0,1
Сокращение миокарда левого желудочка сердца, % 61,08 1,70 60-85
Артериальное давление систолическое, мм 119,24 4,85 -
Артериальное давление диастолическое, мм 73,17 0,62 -
Ширина третьего желудочка головного мозга, мм 5,32 0,14 4-6
Работа сердца, Дж 0,70 0,03 0,692-0,788
Сопротивление малого круга кровообращения, см/с 136,44 0,51 140-150
Центральное венозное давление, мм 102,36 7,85 70-150
Время кровообращения большого круга, с 29,56 0,40 16-23
Время кровообращения малого круга, с 4,74 0,16 4-5,5
Мозговой кровоток на 100 г ткани, мл/г 52,47 0,06 50-55
Кровоток на 1 г щитовидной железы, мл 4,20 0,04 3,7-4,3
Кровоток на 1 г мозговой ткани, мл 2,60 0,05 2,9-3,2
Давление спинно-мозговой жидкости, мл 109,07 2,39 90-145
Кровоток миокарда, % 4,66 0,03 4,32-5,02
Кровоток скелетных мышц, % 17,78 0,18 14,56-16,93
Кровоток головного мозга, % 14,85 0,25 12,82-14,9
Печёночно-портальный кровоток, % 24,01 0,16 20,28-29,86
Почечный кровоток, % 23,52 0,13 21,58-25,09
Кровоток кожи, % 6,78 0,01 7,9-9,19
Кровоток остальных органов, % 7,36 0,20 5,76-6,7
Кровоток миокарда, мл/мин 236,89 3,97 250-290
Кровоток скелетных мышц, мл/мин 878,32 11,89 930-1100
Кровоток головного мозга, мл/мин 744,80 8,23 750-800
Печёночный кровоток, мл/мин 1190,23 21,05 1690-1740
Почечный кровоток, мл/мин 1163,99 20,43 1430-1490
Кровоток кожи, мл/мин 339,81 5,51 500-535
Кровоток остальных органов, мл/мин 364,84 11,66 375-390
микроциркулярного русла в каждом органе и ткани реагировали на изменение метаболизма на равнине (потребление О2 тканями, питательных веществ, накопление СО2 и других метаболитов). После спуска с гор повысился кровоток остальных органов (%), снизился кровоток печени, кожи, остальных органов (мл/мин) по сравнению с референтными границами.
Сердечный выброс контролируется суммой всех местных тканевых кровотоков, а системное артериальное давление контролируется независимо от регуляции местного кровяного тканевого кровотока и минутного объема крови.
В большом круге кровообращения почти 2/3 общего периферического сопротивления приходится на мелкие артериолы. Значительно снизился в равнинных условиях кровоток скелетных мышц,
печеночный, почечный, кровоток кожи и остальных органов (ниже диапазона нормы). Кровоток зависит от растяжимости сосудов. Усиление или ослабление симпатической регуляции влияет на объем и давление крови как в артериальной, так и в венозной системе.
Существуют местная и гуморальная регуляции тканевого кровотока. Это реактивная гиперемия, активная гиперемия, метаболический и мио-генный механизмы ауторегуляции кровотока при изменении артериального давления. Канальцевоклубочковая регуляция почечного кровотока, в головном мозге наряду с концентрацией О2 в регуляции кровотока принимает участие концентрация СО2 или ионов водорода.
Регуляция местного кровотока за 20 дней в верхнем среднегорье приобрела долговременный
характер и это сказалось через 2 дня после возвращения на равнину. В случае длительной повышенной активности органов усиленная доставка О2 и питательных веществ тканям осуществляется за счет увеличения количества и размеров артериол и капилляров, которое происходит через несколько недель.
Эндотелиальные факторы играют ключевую роль для формирования новых кровеносных сосудов, особенно в условиях гипоксии. Их количество при необходимости может снизиться под влиянием гормональной активности. Необходимость резко увеличить кровоток возрастает под действием местных факторов, например дефицита О2, влияния сосудорасширяющих нервов, свидетельствующих о целесообразности возрастания кровотока. Системообразующий анализ кровотока в различных органах позволяет говорить об оперативных механизмах, таких как нейрогенная и метаболическая вазодилатация, так и о долговременных механизмах, связанных с ростом многочисленных новых сосудов на протяжении мезо-цикла. Гуморальная регуляция основана на поступлении в жидкие среды организма биологически активных веществ, таких как гормоны и ионы.
Полагают, что именно каналы играют специфическую роль в регуляции кровотока и выхода
жидкости из капиллярного русла, которое участвует в регуляции кровотока в сосудистой системе кожи, ЖКТ и слюнных желез [2]. Увеличение концентрации ионов кальция вызывает сужение, а ионов калия - расширение сосудов, ионы же магния вызывают еще большее расширение.
Кроме этого, ацетат и цитрат вызывают умеренное расширение сосудов. Увеличение концентрации углекислого газа вызывает расширение сосудов в большинстве изучаемых тканей, особенно в тканях головного мозга. От концентрации СО2 зависит состояние сосудодвигательного центра головного мозга. Это непрямое влияние двуокиси углерода, опосредованное симпатической сосудорасширяющей нервной системой, приводит к повышенному сужению сосудов во всех сосудистых областях организма бегунов.
Литература
1. Гайтон, А.К. Медицинская физиология / А.К. Гайтон, Дж. Э. Холл. - М.: Логосфера, 2008. -1256 с.
2. Adair, T.H. Growth regulation of the vascular
system: evidence for a metabolic hypothesis /
T.H. Adair, W.J. Gay, J.P. Montani //Am J. Physiol. -1990. - Vol. 259. - P. 393.
Поступила в редакцию 14 декабря 2011 г
Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура», выпуск 30
З7
