CC BY
66
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 3 - P. 80-83
УДК: 612.216.2 DOI: 10.24411/1609-2163-2020-16702
ГЛУБОКОЕ ДЫХАНИЕ КАК СРЕДСТВО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОКСИГЕНАЦИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА
Н.А. ФУДИН*, С.Я. КЛАССИНА*, Ю.Е. ВАГИН**
"ФГБНУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина, ул. Балтийская, д. 8, г. Москва, 125315, Россия **ФГБОУВПО Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова Минздрава РФ, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2, г. Москва, 119991, Россия, e-mail: [email protected]
Аннотация. Цель исследования - изучение влияния глубокого дыхания как средства дополнительной оксигенации на результативность физической работы до отказа и функциональное состояние испытуемых. Материалы и методы исследования. В обследовании приняли участие 19 спортсменов-любителей в возрасте 18-20 лет. Каждый из них принял участие в 2-х обследованиях, где выполнял нагрузочное тестирование на велоэргометре до отказа (мощность нагрузки 160 Вт). В 1-ом обследовании интенсивная физическая нагрузка выполнялась без дополнительной оксигенации, а во 2-ом обследовании - с дополнительной оксигенацией (5 глубоких вдохов перед нагрузкой). В процессе нагрузки регистрировали электрокардиограмму и пневмограмму, измеряли время работы до отказа и оценивали ее «физиологическую цену», измеряли уровень сатурации артериальной крови кислородом. До и после нагрузки измеряли артериальное давление, жизненную емкость легких, минутный объем кровообращения и минутный объем дыхания. Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных данных показал, что дополнительная оксигенация перед нагрузкой практически не влияет на увеличение времени физической работы до отказа, но вызывает выраженный рост вегетативных перестроек в организме испытуемых. Дополнительная оксигенация в большей степени была адресована функции дыхания, поскольку создает условия для «включения» рефлекса Геринга-Брейера, в соответствии с которым чрезмерное расширение легких при глубоком вдохе стимулирует рецепторы растяжения в гладких мышцах дыхательных путей и способствует повышению жизненной емкости легких и легочной вентиляции. В результате за счет высокого уровня легочной вентиляции испытуемому удается сохранить должный уровень кислородного обеспечения организма. Заключение. Глубокое дыхание как средство дополнительной оксигенации позволяет подготовить дыхательную систему испытуемых к интенсивной физической нагрузке и сохранить при этом должный уровень кислородного обеспечения организма.
Ключевые слова: глубокое дыхание, физическая работа до отказа, физическая работоспособность, «физиологическая цена», легочная вентиляция, уровень сатурации артериальной крови кислородом.
DEEP BREATHING AS MEANS OF ADDITIONAL OXYGENATION AND ITS INFLUENCE ON THE FUNCTIONAL
STATE OF A HUMAN
N.A. FUDIN*, S.YA. KLASSINA*, YU.E. VAGIN**
P. It Anokhin Research Institute of Normal Physiology, Baltiyskaya Str., 8, Moscow, 125315, Russia **Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Trubetskaya Str, 8, bilding2, Moscow, 119991, Russia, e-mail: [email protected]
Abstract. The research purpose was to study the effect of deep breathing as a means of additional oxygenation on the effectiveness of physical work to failure and the functional state of subjects. Materials and methods. The survey involved 19 amateur athletes aged 18-20 years. Each of them took part in 2 examinations, where he performed load testing to failure on a bicycle ergometer (160 W). In the 1st examination, the intense physical activity was performed without additional oxygenation, and in the 2nd examination - with additional oxygenation (5 deep breaths before exercise). During the load, an ECG and a pneumogram were recorded, the time of physical work to failure was measured and its "physiological price" was evaluated, and the level of saturation of arterial blood with oxygen was measured. Before and after exercise, a blood pressure, a vital capacity of the lungs, a minute volume of blood circulation and a minute volume of respiration were measured. Results. An analysis of experimental data showed that the additional oxygenation before physical load practically does not affect the increase in physical work time to failure, but causes a pronounced increase in vegetative changes in the subject's organism. Additional oxygenation was more specifically addressed to the respiratory function, since it is creating the conditions for the "inclusion" of the Hering-Breyer reflex, according to which excessive expansion of the lungs with a deep breath stimulates stretching receptors in the smooth muscles of the respiratory tract and increases the vital capacity of the lungs and pulmonary ventilation. As a result, due to the high level of pulmonary ventilation, the subject is able to maintain the proper level of oxygen supply to the body. Conclusion. A deep breathing as a means of additional oxygenation allows you to prepare the respiratory system of subjects for intense physical exertion and at the same time maintain the proper level of oxygen supply to the body.
Keywords: deep breathing, physical work to failure, physical performance, "physiological price", pulmonary ventilation, level of saturation of arterial blood with oxygen.
В литературе представлены весьма противоречивые сведения о влиянии глубокого дыхания как средства дополнительной оксигенации на функциональное состояние спортсмена. Существует мнение, что глубокое дыхание оказывает на организм поло-
жительное расслабляющее действие, снижает психоэмоциональное напряжение и артериальное давление, активирует работу кардиореспираторной системы [4], однако некоторые исследователи считают, что значительное уменьшение содержания углеки-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 3 - P. 80-83
слоты в тканях при глубоком дыхании приводит к нарушению коронарного и мозгового кровообращения, дыхательному алколозу, снижению активности протекания биохимических реакций, связанных с утилизацией эндогенного углекислого газа [7]. Показано, что способность человека управлять своим дыханием связана с индивидуальными особенностями дыхательного паттерна [2] и зависит от пола и возраста человека [3].
Цель исследования - изучить влияние глубокого дыхания как средства дополнительной оксиге-нации на результативность физической работы до отказа и функциональное состояние испытуемых.
Материалы и методы исследования. В обследовании приняли участие 19 спортсменов-любителей (лица мужского пола в возрасте 1820 лет). Каждый из них был обследован дважды, и в обоих случаях им было предложено выполнить нагрузочное тестирование на велоэргометре до отказа (мощность нагрузки 160 Вт). В 1-ом обследовании интенсивная физическая нагрузка выполнялась без дополнительной оксигенации, а во 2-ом обследовании - с дополнительной оксигенацией, когда испытуемому перед нагрузкой было предложено сделать 5 глубоких вдохов (рис. 1). Все обследуемые были заблаговременно проинформированы о характере предлагаемого эксперимента и дали письменное согласие на участие в исследованиях. Программа эксперимента была одобрена Комиссией по биомедицинской этике ФГБНУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина.
В процессе обследования испытуемые пребывали в следующих состояниях: «исходный фон» (2,5 мин), «разминка» (1 мин), «тестовая физическая нагрузка до отказа» при мощности 160 Вт, «восстановление» (6 мин), «завершающий фон» (2,5 мин).
Рис. 1. Схема обследований.
Примечание: 1 - первое обследование, 2 - второе обследование
Для нагрузочного тестирования был использован велоэргометр «Sports Art 5005», а само тестирование велось под контролем ЭКГ и пневмографии (компьютерный электрокардиограф «Поли-Спектр-8», «Нейрософт», Иваново). Скорость вращения педалей была постоянной и составляла 1 об/с. Измерение скорости производилось с помощью прибора «SIGMA - be-509» (Germany), датчик которого крепился к педали велоэргометра. В процессе тестовой нагрузки на основе ЭКГ и пневмографии оценивали частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) и частоту дыхания (ЧД, 1/мин), измеряли время физиче-
ской работы до отказа (Т-отк, с), измеряли уровень сатурации артериальной крови кислородом (Ва02,%) с помощью пальцевого пульсооксиметра и уровень субъективного самочувствия (ват, баллы) в пяти-бальной шкале. В исходном и завершающем фоне измеряли АД (мм рт. ст) по методу Короткова, жизненную емкость легких (ЖЕЛ, л) с использованием портативного спирометра «ЯР- ! ».
Расчетным путем оценивали «физиологическую цену» работы до отказа по формуле: />=л/очсс2+ <тчд2, где очес и <тчд - относительные сдвиги ЧСС и ЧД в момент отказа от нагрузки по отношению к исходному фону (в процентах) [6], а также удельную «физиологическую цену» (руд=р/Т-отк). Расчетным путем оценивали минутный объем кровообращения (МОК, л/мин) [5] и минутный объем дыхания (МОД, л/мин) [2], оценивали величины сдвигов (сдв.%) одноименных показателей.
Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием статистического пакета «Síaíгsíгca 10». Достоверность различия одноименных показателей определяли на основе критерия Стьюдента. Критический уровень статистической значимости принимали равным 0,05.
Результаты и их обсуждение. Известно, что интенсивная физическая работа до отказа сопровождается не только выраженным усилением симпатических влияний, но и снижением уровня сатурации артериальной крови кислородом [8]. Естественно предположить, что для сохранения должного уровня насыщения артериальной крови кислородом разумно использовать глубокое дыхание как средство дополнительной оксигенации. Учитывая, что глубокое дыхание способствует усилению парасимпатических влияний [1], а интенсивная физическая нагрузка, наоборот, усиливает симпатические влияния, можно предположить, что введение такого рода дополнительной оксигенации внесет существенные изменения в системную организацию функций испытуемого и отразится на результативности их физической работы и функциональном состоянии.
Таблица 1
Средние значения времени физической работы до отказа (Т-отк,с), «физиологической цены» выполненной работы (р,%) и «удельной физиологической цены» (р уд,%/с) у испытуемых в 1-ом (без дополнительной оксигенации) и во 2-ом (с дополнительной оксигенацией) обследовании
Показатели 1-ое обсл. 2-ое обсл.
Т отк, с 198,0±37,2 200,6±58,6
р,% 108,8±8,2 133,6± 12,5
Р и, %/с 0,68±0,09 1,18±0,18 5
Примечание: * - р<0,05 - уровень статистической значимости различия показателя в 1-ом и 2-ом обследованиях
В табл. 1 представлены показатели физической работоспособности испытуемых без дополнитель-
101ЛШАЬ ОР ОТШ МЕБ1САЬ ТЕСЮГОЬОСга - 2020 - V. 27, № 3 - Р. 80-83
ной оксигенацией и с дополнительной оксигенации перед выполнением физической нагрузки.
Сравнивая показатели в 1-ом и 2-ом обследовании, можно заключить, что дополнительная оксигенация перед выполнением тестовой физической нагрузки практически не влияет на увеличение времени физической работы до отказа, однако обнаруживается тенденция к повышению «физиологической цены» этой работы. При этом факт достоверного повышения «удельной
физиологической цены» (рш,%/с, р< 0,05) может расцениваться как рост скорости вегетативных перестроек в процессе выполнения физической работы до отказа.
Наиболее выраженные вегетативные перестройки отмечены в динамике показателей ЧСС и ЧД, поскольку именно они отражают работу кардиореспираторной системы по обеспечению организма испытуемых кислородом. Так, если в момент отказа от нагрузки в 1-ом обследовании ЧСС повысилась с 88,9±2,2 до 171,3±3,0 уд/мин (р<0,05, сдв=92,6%), а ЧД - с 17,2±0,6 до 26,0±1,2 1/мин (р<0,05, сдв=51,1%), то во 2-ом обследовании (с дополнительной оксигенацией) те же показатели повысились с 82,8±2,8 до 156,5±7,4 уд/мин (р<0,05, сдв=89,0%) и с 15,1±0,6 до 27,0±1,2 1/мин (р<0,05, сдв=78,8/о) соответственно. Сравнивая сдвиги показателей ЧСС в этих обследованиях, можно видеть, что сдвиги ЧСС практически одинаковы в обоих обследованиях, а, следовательно, их изменения отражают влияние самой физической нагрузки. Сдвиги показателя ЧД различны, и тот факт, что сдвиг ЧД больше во 2-ом обследовании, заставляет думать, что он обусловлен не только физической нагрузкой, но и дополнительной оксигенацией перед нагрузкой. Таким образом, дополнительная оксигенация (глубокое дыхание) перед нагрузкой практически не влияет на увеличение времени физической работы до отказа, но вызывает выраженный рост вегетативных перестроек в организме испытуемых. При этом дополнительная оксигенация в большей степени адресована функции дыхания.
Тестовая физическая работа до отказа была достаточно трудоемкой для испытуемых. На это указывают не только большие величины ЧСС и ЧД в момент отказа, но и достоверное снижение уровня субъективного самочувствия по отношению к исходному фону с 4,3±0,1 до 3,8±0,2 балла (р<0,05, сдв= -11,6%) в 1-ом обследовании и с 4,6±0,2 до 4,0±0,1 балла (р<0,05, сдв= -13,0%) во 2-ом обследовании.
После дополнительной оксигенации изменились гемодинамические показатели и легочная вентиляция у испытуемых в завершающем фоне (табл. 2).
Нетрудно понять, что интенисвная физическая нагрузка до отказа сопровождается выраженным усилением симпатических влияний и способствует выраженной активации систем кровообращения и дыхания, показатели которых, как правило, возвращаются к исходному фону лишь после восстановления. Из табл. 2 видно, что в завершающем фоне 1-ого обследования восстановление не произошло лишь по показателю
МОК, который в завершающем фоне был достоверно больше, чем в исходном (р< 0,05). Во 2-ом обследовании (с использованием дополнительной оксигенации) в завершающем фоне по сравнению с исходным фоном отмечено статистически значимое снижение АДС (р<0,05), статистически значимое повышение МОК (р<0,05) и МОД (р<0,05). Полагаем, что после интенсивной физической нагрузки до отказа и последующего восстановления полного ослабления симпатических влияний у испытуемых не произошло, а потому показатели МОК и МОД у испытуемых так и не вернулись к исходному фону.
Таблица 2
Средние значения систолического артериального давления (АДС, мм рт.ст), минутного объема кровообращения (МОК, л/мин) и минутного объема дыхания (МОД, л/мин) в 1-ом обследовании (без дополнительной оксигенацией) и во 2-ом обследовании (с дополнительной оксигенацией) в исходном (фон-1) и завершающем (фон-2) фоне
Состояние Показатели (диапазон нормы в покое) 1-ое обсл. 2-ое обсл.
Фон-1 Фон-2 АДС, мм рт. ст. (90-140) 129,6±1,4 121,2±2,6 132,5±3,1 120,4±2,7 р<0,05
Фон-1 Фон-2 МОК, л/мин (3-5) 5,7±0,1 7,8±0,3 р<0,05 5,6±0,2 7,3±0,3 р<0,05
Фон-1 Фон-2 МОД, Л/мин (8-12) 8,8±0,6 8,6 ±0,4 8,2±0,4 10,2±0,55 р<0,05
Примечание: р<0,05 - уровень статистической значимости различия показателя в исходном фоне (фон-1) и завершающем фоне (фон-2). * - р<0,05- уровень статистической значимости различия показателя в 1-ом и 2-ом обследованиях
Любопытным является тот факт, что у испытуемых во 2-ом обследовании уровень легочной вентиляции (МОД, р<0,05) был достоверно выше, чем в 1-ом обследовании. Вероятно, что это может быть связано с тем, что дополнителная оксигенация перед нагрузкой (глубокое дыхание) создала условия для «включения» рефлекса на расширение легких (рефлекс Геринга-Брейера), в соответствии с которым чрезмерное расширение легких при глубоком вдохе стимулирует рецепторы растяжения в гладких мышцах дыхательных путей, чем способствует повышению жизненной емкости легких (ЖЕЛ). Такого рода тренировка могла сказаться на работе легких в процессе выполнения физической нагрузки. В результате на фоне роста ЧД у испытуемых достоверно повысилась легочная вентиляция.
Логично предположить, что дополнительная оксигенация перед выполнением физической нагрузки должна отразиться на уровне сатурации артериальной крови кислородом (5аСЬ,%). На рис. 2 представлена динамика показателя БаОг на отдельных этапах обследования.
Видно, что в момент отказа от нагрузки («н») уровень сатурации артериальной крови кислородом достоверно снижается в обоих обследованиях,
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 3 - P. 80-83
однако во 2-ом обследовании у испытуемых показатель ЯаСЬ был достоверно больше (р<0,05) и не выходил за диапазон нормы. Полагаем, что дополнительная оксшенация перед нагрузкой позволила подготовить дыхательную систему испытуемых к интенсивной физической нагрузке, что позволило за счет высокого уровня легочной вентиляции поддержать должный уровень кислородного обеспечения организма.
Sa02,%
Рис. 2. Среднее значение уровня сатурации (SaC>2,%) артериальной крови кислородом у испытуемых на отдельных этапах обследования (фон-1, н, в, фон-2) в 1-ом и 2-ом обследовании. Диапазон нормы для SaC>2 составляет 95-98% [9].
Примечание: * - р<0,05 - уровень статистической значимости различия показателя в 1-ом и 2-ом обследованиях
Заключение. Проведенная экспериментальная работа и анализ полученных данных позволяют заключить, что дополнительная оксигенация (глубокое дыхание) перед нагрузкой практически не влияет на увеличение времени физической работы до отказа, но вызывает выраженный рост вегетативных перестроек в организме испытуемых. Показано, что дополнительная оксигенация в большей степени адресована функции дыхания, поскольку позволяет подготовить дыхательную систему испытуемых к выполнению интенсивной физической нагрузки. Дополнителная оксигенация создает условия для «включения» рефлекса Геринга-Брейера, в соответствии с которым чрезмерное расширение легких при глубоком вдохе стимулирует рецепторы растяжения в гладких мышцах дыхательных путей и способствует повышению жизненной емкости легких и легочной вентиляции. В результате за счет высокого уровня легочной вентиляции испытуемому удается сохранить должный уровень кислородного обеспечения организма.
Литература / References
1. Баринов А.Н., Новосадова М.В. Вегетативная невропатия при сахарном диабете: клинические проявления, диагностика и
лечение // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2011. Т. 3, №2. С. 25-33 / Barinov AN, Novosadova MV. Vegetativnaya nevropatiya pri sakharnom diabete: klinicheskie proyavleniya, diagnostika i lechenie [Vegetative neuropathy in diabetes mellitus: clinical manifestations, diagnosis and treatment]. Nevrologiya, neyropsikhiatriya, psikhosomatika. 2011; 3(2):25-33. Russian.
2. Бреслав И.С., Волков Н.И., Тамбовцева Р.В. Дыхание и мышечная активность человека в спорте: Руководство для изучающих физиологию человека. М.: Советский спорт, 2013. 336 с. / Breslav IS, Volkov N1, Tambovtseva RV. Dykhanie i myshechnaya aktivnost' cheloveka v sporte: Rukovodstvo dlya izuchayushchikh fiziologiyu cheloveka [Breathing and human muscle activity in sports: a Guide for students of human physiology]. Moscow: Sovetskiy sport; 2013. Russian.
3. Буков Ю.А., Бурбанова O.H. Физиологическое значение произвольного управления дыханием в совершенствовании резервов респираторной системы у лиц различного возраста // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9-2. С. 62 - 66 / Bukov YuA, Burbanova ON. Fiziologicheskoe znachenie proizvol'nogo upravleniya dykhaniem v sovershenstvovanii rezervov respiratornoy sistemy u lits razlichnogo vozrasta Physiological significance of voluntary respiratory control in improving the reserves of the respiratory system in people of different ages]. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh ifundamental'nykhissledovaniy. 2014;9-2:62-6. Russian.
4. Зинченко H.A. Гипербарическая оксигенация как средство восстановления и повышения работоспособности. URL: https:/Avww.sportmedicine.ru/sochi-2011-papers/096-zinchenko.php / Zinchenko NA. Giperbaricheskaya oksigenatsiya kak sredstvo vosstanovleniya i povysheniya rabotosposobnosti [Hyperbaric oxygenation as a means of restoring and improving performance]. Russian. URL: https:/Avww.sportmedicine.ru/sochi-2011-papers/096-zinchenko.php
5. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А., Хрущев С.В., Борисова Ю.А., Любина Б.Г., Меркулова Р.А. Кардиогемо-динамика и физическая работоспособность у спортсменов. М: Советский спорт, 2012. 189 с. / Karpman VL, Belotserkovskiy ZB, Gudkov IA, Khrushchev SV, Borisova YuA, Lyubina BG, Merkulova RA. Kardiogemodinamika i fizicheskaya rabotosposobnost' u sportsmenov [Cardiohemodynamics and physical performance in athletes]. Moscow: Sovetskiy sport; 2012. Russian.
6. Классина С.Я. Физиологическая модель социального взаимодействия тренер-спортсмен в процессе тренировки на велоэрго-метре // Вестник новых медицинских технологий. 2014. №3. С. 122126 / Klassina Sya. Fiziologicheskaya model' sotsial'nogo vzaimodeystviya trener-sportsmen v protsesse trenirovki na veloergometre [Physiological model of social interaction coach-athlete in the process of training on the Bicycle Ergometer]. Journal of New Medical Technologies. 2014;3:122-6. Russian.
7. Солопов И.Н. Физиологические эффекты методов направленного воздействия на дыхательную функцию человека. Волгоград: ВГАФК, 2004. 220 с. / Solopov IN. Fiziologicheskie effekty metodov napravlennogo vozdeystviya na dykhatel'nuyu funktsiyu cheloveka [Physiological effects of methods of the directed influence on the respiratory function of man]. Volgograd: VGAFK; 2004. Russian.
8. Фудин H.A., Классина С.Я., Вагин Ю.Е Влияние гиповенти-ляционного дыхания и интенсивной физической работы на уровень сатурации артериальной крови кислородом у квалифицированных спортсменов // Вестник новых медицинских технологий. 2019. Т.26, №3. С. 90-93. DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16473 / Fudin NA, Klassina SYa, Vagin YuE. Vliyanie gipoventilyatsionnogo dykhaniya i intensivnoy fizicheskoy raboty na uroven' saturatsii arterial'noy krovi kislorodom u kvalifitsirovannykh sportsmenov [Influence of an hypoventilational breathing and an intensive physical work on a level of arterial blood saturation with oxygen in qualified athletes]. Journal of New Medical Technologies. 2019;3:90-93. DOI: 10.24411/1609-21632019-16473. Russian.
9. Cardiobook. Энциклопедия кардиологии. URL: cardiobook.ru/pulsoksimetriya-norma / Cardiobook. Encyclopedia of cardiology//cardiobook.ru/pulsoksimetriya-norma. Russian.
Библиографическая ссылка:
Фудин H.A., Классина С.Я., Вагин Ю.Е. Глубокое дыхание как средство дополнительной оксигенации и его влияние на функциональное состояние человека//Вестник новых медицинских технологий. 2020. №3. С. 80-83. DOI: 10.24411/1609-2163-202016702.
Bibliographic reference:
Fudin NA, Klassina SYa, Vagin YuE. Glubokoe dykhanie kak sredstvo dopolnitel'noy oksigenatsii i ego vliyanie na funktsional'noe sostoyanie cheloveka [Deep breathing as means of additional oxygenation and its influence on the functional state of a human]. Journal of New Medical Technologies. 2020;3:80-83. DOI: 10.24411/1609-2163-2020-16702. Russian.
