CC BY
12
состояние легочной вентиляции при смене
к»
различных метаболических состояний
Тамбовцева Ритта Викторовна
д.б.н., профессор, кафедра биохимии и биоэнергетики спорта РГУФКСМиТ.
г. Москва
STATE PULMONARY VENTILATION WHEN CHANGING VARIOUS METABOLIC
STATES
Tambovtseva Ritta Viktorovna
d.b.s, professor, department of biochemistry and bio-energetics of sport RGUFKSMiT,
Moscow
АННОТАЦИЯ
Целью настоящего исследования явилось изучение изменения параметров легочного дыхания при смене различных метаболических состояний. В эксперименте приняли участие высококвалифицированные спортсмены (легкоатлеты и конькобежцы). Применялись стандартные лабораторные тесты. Было показано, что наиболее характерным для респираторного ответа на выполнение напряженной мышечной работы является наличие «дрейфа» легочной вентиляции после завершения фазы быстрого экспоненциального роста на первой минуте от начала упражнения.
ABSTRACT
The purpose of this study was to evaluate changes in the parameters of pulmonary respiration by changing various metabolic conditions. In the experiment, attended by skilled athletes (athletes and skaters). We used the standard laboratory tests. It has been shown that the most characteristic of the respiratory response to perform strenuous muscle work is the presence of «drift» pulmonary ventilation after the phase of rapid exponential growth in the first minute of the start of the exercise.
Ключевые слова: метаболические состояния, критический режим, паттерны дыхания, энергетический обмен.
Keywords: metabolic status, critical mode, breathing patterns, energy metabolism.
Энергетический обмен напрямую связан с легочным дыханием. В своих объемно-временных и кинетических параметрах близко воспроизводит основные зависимости, установленных для показателей кислородного запроса и энергетических затрат в отношении параметров мощности и предельного времени выполняемых упражнений [1,2]. С этой точки зрения весьма актуальным является изменение параметров легочного дыхания в критических режимах мышечной деятельности при смене различных метаболических состояний.
Методы исследования: Эксперимент проводился при кафедре биохимии и биоэнергетики спорта им. Н.И. Волкова РГУФКСМиТ с использованием стандартных лабораторных тестов. В исследовании приняли участие высококвалифицированные спортсмены (легкоатлеты и конькобежцы). Использовали: 1. Тест со ступенчатым повышением нагрузки до отказа. 2. Тест на удержание критической мощности. 3. Тест максимальной анаэробной мощности. В основу была положена зависимость «мощность-предельное время». Непрерывные измерения кардиореспираторных показателей в периоды исходного покоя, работы и в течение 30 минут восстановления после завершения упражнения производили с помощью мониторной системы «Metalyser 3B-R2» фирмы «Cortex». Определяли значения среднего стандартного уровня потребления кислорода, размеры кислородного прихода за время работы, величины кислородного долга и кислородного дефицита, значения общей и удельной энергетической стоимости работы.
Результаты. В соответствии с известной схемой динамики метаболических состояний при мышечной работе принято разделять весь диапазон выполняемых упражнений на пять зон с учетом направленности происходящих биоэнер-
гетических сдвигов в организме и относительной тяжести работы. Однако в большинстве научно обоснованных си-стематизаций физических упражнений обычно выделяют три зоны нагрузок, где достигается максимальный уровень энергопродукции в доминирующем источнике энергии -алактатном, гликолитическом и аэробном, а также две промежуточные зоны, где происходит переход от одного метаболического источника к другому:
- от аэробного к гликолитическому (аэробно-гликолити-ческий метаболический переход, соответствующий значению порога анаэробного обмена);
- от преобладающего гликолитического анаэробного преобразования энергии к преимущественно алактатному анаэробному характеру энергообмена - алактатно-гликолитиче-ский анаэробный переход (АГАП).
При сопоставлены между собой показателей общего уровня энергопродукции и относительной мощности упражнения у спортсменов различной специализации (спринтеры и стайеры), прошедших лабораторные испытания в широком диапазоне упражнений, было показано, что абсолютные значения уровней энергопродукции в аэробном и анаэробных метаболических процессах, достигаемых при определенных значениях относительной мощности упражнений, значительно различаются у спринтеров и стайеров.
В упражнениях на уровне порога анаэробного обмена (50-70% значений max VO2) значения уровня энергопродукции в аэробном процессе у стайеров более чем в 2 раза превосходят соответствующие значения у спринтеров. На уровне критической мощности (1 ед. MMR), где достигается максимум потребления кислорода, уровень энергопродукции у стайеров составляет более 400 кал/кг/мин, в то время как у спринтеров он достигает только около 300 кал/кг/мин.
Различия в уровне аэробной и анаэробной энергопродукции у спринтеров и стайеров прогрессивно возрастают с увеличением относительной мощности упражнения.
При выполнении упражнений на уровне мощности истощения, где достигаются наибольшие значения максимума накопления молочной кислоты в крови (у стайеров - 4 ед. MMR), у спринтеров - 6 ед. MMR), уровень энергопродукции в гликолитическом анаэробном процессе у стайеров составляет несколько более 300 кал/кг/мин, у спринтеров - более 600 кал/кг/мин; уровень энергопродукции в алактатном анаэробном процессе у стайеров здесь равен около 100 кал/ кг/мин, у спринтеров - более 400 кал/кг/мин.
При выполнении упражнений максимальной анаэробной мощности стайеры при 8 ед. MMR достигают около 450 кал/ кг/мин в алактатном диапазоне энергопродукции, в то время как спринтеры при 10 ед. MMR имеют около 900 кал/кг/мин в алактатном анаэробном процессе.
Согласно классификации физических упражнений, проводимой на основе анализа изменений эргометрических критериев предельного времени и относительной мощности, нагрузки, не превышающие значения критической мощности, относятся к зоне упражнений умеренной мощности; нагрузки, превышающие значения критической мощности, но лежащие ниже значения мощности истощения, принадлежат к зоне упражнений большой мощности; нагрузки при значениях относительной мощности выше мощности истощения в диапазоне предельного времени 2,5 минуты до 20 секунд относятся к зоне упражнений субмаксимальной мощности, а нагрузки с предельным временем, меньшим 20 секунд, при наивысших значениях относительной мощности относятся к зоне упражнений максимальной мощности [3]. При непрерывном отслеживании изменений уровня легочной вентиляции и выделения углекислого газа отмечается близкое соответствие динамики VE и VCO2, свидетельствующее о приоритетном значении гиперкапниче-ского стимула в формировании респираторного ответа при сколь-либо напряженной мышечной активности человека. В динамике этих респираторных показателей четко отслеживается наличие кинетически различных фаз начального скачкообразного прироста легочной вентиляции, быстрого экспоненциального роста, постепенного приближения к стационарному уровню, а также удержания стационарного уровня при нагрузках на уровне порога анаэробного обмена и критической мощности, соответствующей максимуму кислородного потребления. При выполнении упражнений на уровне мощности истощения, где достигается максимум накопления молочной кислоты в крови и отмечаются наибольшие сдвиги показателей метаболического ацидоза, пиковые значения VE достигают максимальных значений порядка 150-155 л/мин.
При нагрузках, превышающих уровень критической мощности, уровень легочной вентиляции быстро нарастает на протяжении всего периода работы и осуществляется главным образом за счет учащения дыхания; медленная фаза приближения к стационарному уровню здесь отсутствует, а достижение пиковых значений VE, соответствующих стационарному уровню, здесь можно отметить лишь в единичных дыхательных циклах. В упражнениях на уровне максимальной анаэробной мощности фаза постепенного приближения к стационарному уровню полностью отсутствует, а из-за кратковременности таких упражнений наивысшие значения пикового уровня VE здесь не превышает 90-100 л/мин. Скачкообразная активизация инспираторных мышц, отмечаемая в упражнениях на уровне критической мощности, дала основание некоторым авторам [5] говорить о наличии в этих условиях своеобразного порога инспираторных мышц, при котором происходят резкие перепады трансдиафраг-мального давления [6]. Наиболее характерным для респираторного ответа на выполнение напряженной мышечной работы является наличие «дрейфа» легочной вентиляции после завершения фазы быстрого экспоненциального роста на первой минуте от начала упражнения. Уровень VE продолжает непрерывно расти, пока не достигнет своих наибольших пиковых значений и не наступит отказ от работы. Несмотря на «избыточный рост» легочной вентиляции при нагрузках на уровне выше критической мощности, в этих условиях может наблюдаться выраженная гипоксимия, вызванная недостаточной оксигенацией крови в легких вследствие усиления кровотока через артериовенозные шунты, и увеличение вентиляционно-перфузионного коэффициента.
Список литературы:
1. Бреслав И.С. Паттерны дыхания. - Л.: Наука, 1984. - 208 с.
2. Бреслав И.С. Дыхательная сенсорика человека, ее физиологическая роль // Рос. Физиол. Ж. им. И.М. Сеченова, 2002. - 88(2). - с. 257-266.
3. Бреслав И.С., Волков Н.И., Тамбовцева Р.В. Дыхание и мышечная активность человека в спорте. М.: Советский спорт, 2013. - 333 с.
4. Волков Н.И. Биоэнергетика мышечной деятельности // Биохимия мышечной деятельности / Н.И. Волков, Э.Н. Несен, А.С. Осипенко, С.Н. Корсун. Киев: Олимпийская литература, 2013. - 503 с.
5. Cheng В., Kuipers H., Keizer H., Break point in breathing frequency: an indicator of ventilator threshold but not of lactate threshold // Med. Sci. Sports Exerc., 1992. - 24 (5, Suppl). - p. 183 - 184.
6. Kenyon C.M., Cala S.J., Yan S. et al. Rib cage mechanics during quiet breathing and exercise in humans // J. appl. Physiol., 1997. - 83. - N4. - p.1242-1255.
