CC BY
14Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 19 (58). 2006. № 3. С. 9-14.
УДК:616.2-053.4-085.83-003. 96
РЕСПИРАТОРНАЯ ТРЕНИРОВКА В АКТИВИЗАЦИИ МЕХАНИЗМОВ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ И АДАПТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО
ВОЗРАСТА
Буков Ю.А., Алпеева А.В.
Дыхание можно определить как сложный, многогранный, многоступенчатый процесс снабжения организма биологической энергией. В узком понимании процесс дыхания обычно связывают с системой внешнего дыхания, которая обеспечивает адекватный метаболическому запросу уровень вентиляции, диффузию газов в альвеолах легких, транспорт кровью и другими жидкостями организма кислорода (О2) и углекислого газа (СО2).
При адаптации к факторам среды обитания ведущей функцией является обеспечение гомеостаза и, прежде всего, дыхательного гомеостаза. К числу одного из важнейших гомеостатических параметров организма относится уровень напряжения СО2 в тканях.
Необходимость поддерживать стабильный уровень парциального давления (рСО2) определяется исключительно важной физиологической ролью углекислоты в организме человека и животных [1 - 3]. Растворенный в артериальной крови СО2, образующийся в организме в результате реакций окислительного декарбоксилирования, становится главным фактором, обеспечивающим газовый гомеостаз, что имеет исключительно важное значение в приспособлении организма к различным условиям внешней среды [4].
Своеобразной внутренней средой организма, отражающей баланс СО2 и О2 в организме, является альвеолярный воздух. Парциальное давление СО2 в альвеолах легких находится в прямой зависимости от количества продуцируемой углекислоты и обратной от объёма альвеолярной вентиляции. Данное соотношение позволяет произвольно регулировать рСО2 за счет интенсификации метаболических реакций и изменения объёма легочной вентиляции. Наиболее часто состояние дыхательной недостаточности проявляется гипервентиляцией, изменяющей изокапнический уровень СО2 в организме.
Особенно значительные сдвиги в вентиляторных реакциях наблюдаются при предъявлении организму функциональных требований. Как правило, любое воздействие фактора среды провоцирует в этих условиях неадекватную реакцию системы внешнего дыхания, характеризующуюся высокой реактивностью и
приводящей к снижению адаптационно-приспособительных возможностей организма.
Поддержание и сохранение газового гомеостаза является наиболее важной проблемой профилактической работы, в частности, с детьми, часто болеющими простудными заболеваниями. Решение этой проблемы возможно благодаря использованию специальных средств, способствующих нормализации рСО2 в альвеолах легких и снижению вентиляторной реактивности. В литературе представлено достаточно много методов коррекции функционального состояния системы внешнего дыхания [5, 6]. Однако большинство из них адаптировано применительно к взрослым людям. Поэтому целью наших исследований явилось физиологическая оценка эффективности направленной респираторной тренировки как средства коррекции газового гомеостаза и адаптационных возможностей системы внешнего дыхания детей дошкольного возраста.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Нами были проведены исследования с участием 17 девочек в возрасте 6-7 лет, часто болеющих простудными заболеваниями. Функции системы внешнего дыхания изучались в состоянии покоя и при выполнении стандартной степэргометрической физической нагрузки. С этой целью использовали прибор «Спиро Тест PC» с компьютерной обработкой регистрируемых показателей. В качестве функциональных параметров использовали: объём форсированного выдоха в 1 секунду (ОФВ1), жизненную ёмкость легких (VC), резервный объём вдоха и выдоха (Ш.У, ERV), объём легочной вентиляции пиковую объёмную скорость (ПОС), дыхательный объём (Ут), частоту дыхательных движений (£). Все объёмные показатели приведены к условиям BTPS. Расчетным методом определяли объём физиологического мертвого пространства (VD), объём альвеолярной вентиляции (УА), отношение VD/VЕ. Для оценки газового состава выдыхаемого ^Е02, FECO2) и альвеолярного ^А02, FACO2) газов использовали газоанализаторы (ПГА-КМ, ПГ-ДУМ) В дальнейшем рассчитывали вентиляционный эквивалент по кислороду (ВЭО2), скорость потребления кислорода ^02) и выделения углекислого газа ^С02). Газообменные показатели приведены к условиям STPD. Оценка вклада нейрогенного и хеморецепторного драйва в формировании вентиляторных реакций проводилось с использованием уравнения (1):
VE=S(PACO2-В) + А, (1)
где: S - количественная характеристика гиперкапнического стимула;
РАСО2 - парциальное давление СО2 в альвеолярном воздухе
В - порог вентиляторной чувствительности к гиперкапническому стимулу;
А - рабочий стимул.
Исследования проводились перед началом респираторных тренировок и после их завершения. Тренировочные занятия проводились ежедневно в течение трех месяцев.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследования функционального состояния системы внешнего дыхания девочек в состоянии относительного покоя позволили выявить значительные сдвиги в газовом составе альвеолярного воздуха (табл. 1).
Развитие гипокапнического состояния было связано с гипервентиляцией, способствующей вымыванию метаболического СО2 из организма и, как следствие, формированию респираторного алкалоза [7]. Изменения напряжения углекислого газа в альвеолах легких сопровождалось падением эффективности легочной вентиляции. Вентиляционный эквивалент по кислороду составлял 64,0+8,5 относительных единиц. На фоне гипервентиляционного синдрома резко снизились возможности механики дыхания в обеспечении оптимального уровня скоростных показателей воздушного потока в бронхах. Высокая частота дыхательных движений ограничивала возможности увеличения резервного объёмы выдоха, что уменьшало газообменную поверхность легких, способствовало росту соотношения УО/УТ.
Таблица 1.
Показатели системы внешнего дыхания девочек в возрасте 6-7 лет до и после респираторной тренировки (х±8х, п=17)
Показатели
Условия ОФВ1 л/с ШУ, мл ERV, мл УЕ, л/мин УО/Ут, отн.ед РдС02 , мм рт.ст. уе/ расо2 л/мин/мм рт.ст. ВЭО2, отн.ед.
До 0,87+0,04 512,5+30,7 76,2+20,7 6,48+0,35 0,70+0,08 22,7+0,6 0,28+0,04 64,00+8,5
тренировки 0
После 1,12+0,05 630,0+32,7 450,6+39,5 4,50+0,20 0,31+0,06 27,5+0,5 0,16+0,03 29,8+7,5
тренировки
Р <0,01 <0,05 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,05 <0,01
Стратегия респираторной тренировки была направлена на формирование изокапнического состояния, т.е. повышение уровня напряжения углекислого газа в альвеолярном воздухе. Использование резистивного сопротивления дыханию позволило изменять газовый состав вдыхаемого воздуха и в значительной степени усилить активность диафрагмы. Известно, что уровень РАСО2 прямопропорционален интенсивности метаболизма и обратнопропорционален объему легочной вентиляции. Повышение энергетических трат респираторной мускулатуры в результате увеличения сопротивления дыханию обеспечивало усиление продукции СО2 с одной стороны, а рост напряжения СО2 во вдыхаемом воздухе, являясь своеобразным буфером, способствовал ретенции метаболической углекислоты в организме, с другой стороны. Повышение напряжения СО2 в альвеолах легких оказало влияние на перестройку механизмов регуляции дыхательной функции детей, что проявилось снижением объёма вентиляции легких в состоянии покоя на 35% (р<0,01), уменьшением вентиляторной чувствительности к гиперкапническому стимулу более чем на 0,122 л/мин/мм рт.ст., (р<0,05). Корригирующие воздействия позволили приблизить объём вентиляции у детей,
необходимый для поддержания напряжения СО2 в альвеолярном воздухе на нормальном уровне (29,0 мм рт.ст.). Этот оптимальный уровень вентиляции можно рассчитать исходя из следующих возрастных параметров: скорость продукции СО2 в организме (УС02) в этом возрасте составляет примерно 139 мл/мин, РАСО2 - 29,0 мм рт.ст., FACO2 - 4,0 %. Объём альвеолярного газа, в котором содержится данное количество СО2, вычисляют следующим образом: (139 мл / 4,0) х 100 % = 3,47 л. Именно таким должен быть объём вентиляции, чтобы парциальное давление углекислого газа в альвеолах поддерживалось на уровне 29,0 мм рт.ст. [8]. В нашем примере рост напряжения СО2 в альвеолах легких на 17% сопровождался снижением объёма легочной вентиляции примерно на 2 л/мин., величина которой приблизилась к показателям возрастной нормы. Нормализация газового гомеостаза явилась необходимым условием расширения функциональных резервов системы внешнего дыхания. Увеличение резервного объёма выдоха в среднем на 370 мл, величины форсированного выдоха на 0,250 л/с обеспечивалось ростом силовых способностей респираторной мускулатуры.
Усиление интенсивности экспираторного потока позволило значительно увеличить объём газообменной поверхности легких за счет снижения соотношения между величинами физиологического мертвого пространства (У^) и дыхательного объёма(УТ). Нормализация вентиляторной функции легких проявлялось ретенцией углекислоты в альвеолах, в связи с чем рСО2 в альвеолярном воздухе увеличивалось, что несомненно провоцировало рост напряжения СО2 и в артериальной крови. Диффузия СО2 из тканей в притекающую к ним кровь стабилизировалась. В результате количество СО2 в тканях постепенно увеличилось до уровня, соответствующего новому объёму вентиляции. Достижение изокапнического уровня напряжения СО2 в альвеолах сопровождалось повышением эффективности вентиляции, что нашло свое отражение в значительном снижение величины ВЭО2.
При предъявлении организму функциональных требований, в качестве которых нами использовалась дозированная физическая нагрузка, зарегистрирован значительный корригирующий эффект респираторной тренировки, который проявился в экономизации функций и изменении направленности механизмов регуляции газового гомеостаза организма детей (табл. 2).
В ответ на дозированное внешнее воздействие зарегистрировано снижение вентиляторной реакции, что проявилось уменьшением прироста объёма легочной вентиляции (дУЕ) примерно на 4 л/мин. Изменение паттерна дыхания в сторону увеличения объёмных характеристик и уменьшения частотных обеспечивало снижение резистивного сопротивления дыханию, активизацию рецепторов растяжения легких, рост бронхиальной проходимости. Величина форсированного выдоха (ОФВ) при этом достигла значений 1,128+0,040 л/с.
Перестройка паттерна дыхания у детей после проведения респираторной тренировки связана, очевидно, с изменениями в газовом гомеостазе организма. Усиление хеморецепторного драйва в регуляции дыхания при физических нагрузках сопровождалось снижением вентиляторной чувствительности к гиперкапническому стимулу.
Таблица 2.
Показатели системы внешнего дыхания девочек в возрасте 6-7 лет при выполнении стандартной физической нагрузки до и после респираторной
тренировки (\±8\, п=17)
Условия Показатели
ОФВ1, л/с Ш.У, мл ERV, мл уе, л/мин УО/Ут, отн.ед. РлС02, мм рт.ст. Уе/РЛС02 л/мин/мм рт.ст. ВЭО2, отн.ед.
До тренировки 0,83+0,03 500,0+60,4 77,5+11,1 12,3+1,05 0,52+0,07 23,0+1,1 0,534+0,032 42,8+5,6
После тренировки 1,13+0,04 658,4+22,8 514,6+42,7 8,27+0,4 0,20+0,04 31,40+0,32 0,263+0,024 20,5+4,7
Р <0,01 <0,05 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,05 <0,01
Стимулом к формированию паттерна дыхания при фоновых исследованиях, очевидно, являлся так называемый рабочий стимул, определяемый интенсивностью афферентной сигнализации от механорецепторов респираторных мышц и усилением роли нейрогенного драйва в регуляции объёма легочной вентиляции.
ВЫВОДЫ
1. Для часто болеющих простудными заболеваниями девочек в возрасте 6-7 лет характерным является гипервентиляция, развитие состояния гипокапнии, сопровождающиеся снижением функциональных резервов системы внешнего дыхания.
2. Применение направленной респираторной тренировки, основанной на использовании дополнительного резистивного сопротивления дыханию, способствовало формированию изокапнического уровня рСО2 в организме, снижению вентиляторной чувствительности к хеморецепторному стимулу, оптимизации паттерна дыхания.
3. Корригирующие воздействия позволили значительно расширить адаптационные возможности системы внешнего дыхания детей, перевести её на более эффективный путь функционирования, сбалансировать газовый гомеостаз организма.
Список литературы
1. Агаджанян Н.А., Красников Н.П., Полунин И.П. Физиологическая роль углекислоты и работоспособность человека. - М., 1995. - 188 с.
2. Буков Ю.А. Углекислота в механизмах оздоровительно-профилактического действия физических упражнений и произвольного дыхания // Труды Крымского медицинскою университета. - 1999. -Т.13- ч. 1.- С. 179-182.
3. Буков Ю.А. Физиологическая роль метаболического СО2 в механизмах повышения физической работоспособности человека // Таврический медико-биологический журнал. - 2001. - Т.4, №1-2. -С.14-16.
4. Агаджанян Н.А., Елфимов А.И. Функции организма в условиях гипоксии и гиперкапнии. - М.:
Медицина, 1986. - 272 с.
5. Волков Н.И. Прерывистая гипоксия - новый метод тренировки, реабилитации и терапии // Теория и практика физической культуры - 2000. - №»7. - С.20-23.
6. Косицкий Г.И., Петровский Л.В., Зверькова Е.Е. Увеличение объёма дыхательных путей (УОДП) как способ тренировки организма. Превентивная кардиология: Руководство: - М.: Медицина, 1987.- С. 415-430.
7. Малкин В.Б., Гора Е.П. Гипервентиляция. - М.: Наука, 1990. - 282 с.
8. Шурыгин СИ. Мониторинг дыхания. Пульсоксиметрия, капнография, оксиметрия. - Санкт-Петербург: Невский Диалект, 2000. - 300 с.
Поступила в редакцию 20.06.2006 г.
