CC BY
44
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 90-93
УДК: 612.062 DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16473
ВЛИЯНИЕ ГИПОВЕНТИЛЯЦИОННОГО ДЫХАНИЯ И ИНТЕНСИВНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЫ НА УРОВЕНЬ
САТУРАЦИИ АРТЕРИАЛЬНОЙ КРОВИ КИСЛОРОДОМ У КВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СПОРТСМЕНОВ
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: klassina@mail.ru
Аннотация. Статья посвящена изучению влияния гиповентиляционного дыхания и интенсивной физической работы на уровень сатурации артериальной крови кислородом у квалифицированных спортсменов. В обследовании приняли участие 11 квалифицированных спортсменов, мужчины в возрасте 18-20 лет. Обучение испытуемых методике произвольного гиповентиляционного дыхания проводили 3 раза в неделю в течение 4 недель. До и после обучения вышеуказанной методике все испытуемые принимали участие в 2-х однотипных обследованиях, где им было предложено выполнить нагрузочное тестирование на велоэргометре в работе до отказа (160 Вт). Состояние испытуемых исследовали в покое и при нагрузочном тестировании. Регистрировали ЭКГ и пневмограмму, измеряли время физической работы до отказа, оценивали «физиологическую цену» выполненной работы и задержки дыхания на вдохе. Показано, что обучение гиповентиляционному дыханию повышает гипоксическую устойчивость спортсменов, их физическую работоспособность и уровень сатурации артериальной крови кислородом в состоянии покоя. Физическая работа до отказа, проводимая на фоне уже сформированного гиповентиляционного дыхания, наоборот, способствует снижению уровня сатурации артериальной крови у спортсменов. Однако компенсаторное «включение» механизмов легочной вентиляции ослабляет негативное влияние физической работы на уровень насыщения крови кислородом и сохраняет должный уровень сатурации кислорода в артериальной крови спортсменов
Ключевые слова: гиповентиляционное дыхание, физическая работа до отказа, физическая работоспособность, «физиологическая цена», уровень сатурации артериальной крови кислородом.
INFLUENCE OF AN HYPOVENTILATIONAL BREATHING AND AN INTENSIVE PHYSICAL WORK ON A LEVEL OF ARTERIAL BLOOD SATURATION WITH OXYGEN IN QUALIFIED ATHLETES
N.A. FUDIN*, S.YA. KLASSINA*, УИ.Е. VAGIN**
*P.K. 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: klassina@mail.ru
Abstract. The article is devoted to studying the influence of hypoventilation breathing and an intensive physical work to a level of arterial blood saturation with oxygen in qualified athletes. The survey was attended by 11 qualified athletes; men aged 18-20 years. The subjects were trained in the technique of voluntary hypoventilation breathing 3 times a week for 4 weeks. Before and after learning the above methodology, all subjects took part in 2 similar examinations, where they were asked to perform load testing on a bicycle ergometer to work before failure (160 W). The condition of the subjects was investigated at rest and under load testing. The ECG and pneumogram were recorded, the time of physical work to failure was measured, and the "physiological price" of the work performed and the breath hold on inspiration were evaluated. It has been shown that hypoventilation training has increases the hypoxic stability of athletes, their physical performance and the level of arterial blood saturation with oxygen at rest. Physical work to failure, carried out against the background of already formed hypoventilation breathing, on the contrary, helps to reduce the level of arterial blood saturation in athletes. However, the compensatory "inclusion" of the mechanisms of pulmonary ventilation weakens the negative effect of physical work on the level of oxygen saturation of the blood and maintains the proper level of oxygen saturation in the arterial blood of athletes.
Keywords: hypoventilation breathing, physical work to failure, physical performance, "physiological price", the level of arterial blood saturation with oxygen.
Профессиональный спорт сопряжен с интенсивными и длительными нагрузками и сопровождается высоким уровнем потребления кислорода. Однако рост физических нагрузок характеризуется нарастанием уровня гипоксии в организме спортсмена, следовательно, повышение гипоксической устойчивости спортсмена является весьма актуальной задачей [6,7].
Показано, что гиповентиляционные тренировки являются эффективным средством повышения ги-поксической устойчивости спортсменов, поскольку повышают устойчивость к вентиляторной и двига-
тельной гипоксии, повышают физическую работоспособность и снижают легочную вентиляцию спортсмена, делая дыхание более «экономичным» [3-5]. В результате меняется газовый гомеостазис спортсмена, растет парциальное давление СО2 в крови. С учетом сказанного, возникает вопрос: как обучение гиповентиляционному дыханию и следующая за ним физическая работа до отказа сказываются на уровне сатурации артериальной крови кислородом у квалифицированных спортсменов?
Цель исследования - изучение влияния гипо-вентиляционного дыхания и интенсивной физиче-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 90-93
ской работы на уровень сатурации артериальной крови кислородом у квалифицированных спортсменов.
Материалы и методы исследования. В обследовании приняли участие 11 квалифицированных спортсменов (лица мужского пола в возрасте 1820 лет). Каждый из них был дважды обследован, и в обоих случаях им было предложено выполнить нагрузочное тестирование на велоэргометре в работе до отказа (мощность нагрузки 160 Вт), причем в 1-ый раз до обучения гиповентиляционному дыханию (ГВД), во 2-ой раз - после обучения ГВД (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 основе обучения ГВД лежали дыхательные тренировки, направленные на формирование у испытуемых уреженного дыхания. Процесс обучения производился на основе словесного инструктирования. Занятия проводили 3 раза в неделю, в течение 4-х недель по схеме: вдох - 1,2 с, выдох - 1,5 с, пауза после выдоха от 7 до 10 с. В остальные дни испытуемые закрепляли навыки ГВД самостоятельно, выполняя задержки дыхания на вдохе 3 раза в день [4].
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.). Схема обследований представлена на рис. 1.
Исходное состояние
Разминка Нагрузка
Восстановление
Завершающее состояние
------- 1
Р-1 Н-1
Фон 60 Вт. -э 160 Bt.
2,5 мин \У\ 1 2 мин до отказа
фон
г,s мин
Процедура обучения ГВД (5 недель)
Рис. 1. Схема обследований
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 - bc-509» (Germany), датчик которого крепился к педали велоэргометра. В процессе тестовой нагрузки на основе ЭКГ и пневмографии оценивалась частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) и частота дыхания (ЧД, 1/мин), измерялось время физической работы до отказа (Т-отк, с). В исходном и завершающем фоне измерялись АД (мм. рт. ст.) по
методу Короткова, параметры внешнего дыхания: жизненная емкость легких (ЖЕЛ, л) и объем форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1, л), регистрация которых производилась с использованием портативного спирометра «5Р-1». Измерялись задержки дыхания на вдохе (з/д, с).
Расчетным путем оценивалась «физиологическая цена» работы до отказа по формуле: р=4ачсс2+ очд2, где очсс и ачд - относительные сдвиги ЧСС и ЧД в момент отказа от нагрузки по отношению к исходному фону (в процентах) [2]. Оценивался ударный объем крови (УОК, мл) и минутный объем кровообращения (МОК, л/мин) [1], вегетативный индекс Кердо [9].
Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием статистического пакета «Statistica 10». Достоверность различия одноименных показателей определяли на основе ^ критерия Стьюдента. Критический уровень статистической значимости принимали равным 0,05.
Результаты и их обсуждение. Как сказано выше, обучение ГВД способствует росту гипоксической устойчивости спортсменов. Так, у наших спортсменов после обучения ГВД среднее время задержек дыхания на вдохе повысилось с 61,0±8,3 до 152,8±9,2 с (р<0,05), что свидетельствует в пользу повышения их гипоксической устойчивости. При этом отмечено достоверное повышение времени физической работы до отказа (Г-отк) с 198,0±37,2 до 546,2±144,4 с (р<0,05) при росте «физиологической цены» выполненной работы с 108,8±8,2 до 131,5±9,0% (р<0,05). Полагаем, что повышение «физиологической цены» у испытуемых обусловлено тем, что после обучения ГВД испытуемые работали до отказа почти в 2,5 раза дольше, что и обусловило повышение «физиологической цены» выполненной работы. Следовательно, ГВД является стимулятором физической работоспособност спортсменов.
Чтобы понять, как ГВД влияет на вегетативные показатели на том или ином этапе обследования, достаточно оценить сдвиги одноименных показателей после обучения ГВД. Тот факт, что квалифицированные спортсмены более
адаптированы к физической нагрузке, а после обучения ГВД еще и приобрели высокую гипоксическую устойчивость, отразилось на величине относительных сдвигов их вегетативных показателей в исходном состоянии.
На рис. 2 представлены относительные сдвиги вегетативных показателей после обучения ГВД в исходном фоне. Из рисунка видно, что в исходном состоянии (фон-1) после обучения ГВД у спортсменов повысился вегетативный индекс Кердо (ВИК) с 8,4±1,8 до 9,6±3,5%, что говорит о сохранении у них исходной нормотонии. Проявилась слабая тенденция к повышению ЧСС и гемодинамических показателей (УОК, МОК). При этом достоверно снизились частота дыхания (ЧД) с 17,2±0,6 до 15,8±0,4 1/мин (р<0,05) и минутный
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2019 - Т. 26, № 3 - С. 90-93 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 90-93
объем дыхания (МОД) с 9,8±0,6 до 8,4±0,5 л/мин (р<0,05). Заметим, что снижение ЧД и МОД обусловлено направленностью самой методики ГВД, направленной на формирование уреженного дыхания и снижение легочной вентиляции. Как видим, у спортсменов эффект обучения ГВД состоял в снижении легочной вентиляции.
Сдвиги (%)
20 15
ю
5
о
-5 -10 -15 -20
р-ч п гь
¡0
*
Рис. 2. Относительные сдвиги (%) вегетативных показателей у спортсменов в исходном фоне (фон-1) после обучения ГВД. Примечание: * - р<0,05 -уровень значимости различия показателей до и после обучения ГВД
В результате обучения ГВД у спортсменов в исходном состоянии (состояние покоя) повысилось парциальное давление СО2 в крови, а, следовательно, снизилось сродство кислорода к гемоглобину, что способствовало выходу О2 в кровь. При этом уровень сатурации артериальной крови кислородом (БаО2) достоверно повышался с 95,1±1,0 до 97,2±0,3% (р<0,05). Таким образом, обучение ГВД способствует повышению уровня сатурации артериальной крови кислородом в состоянии покоя.
Известно, что интенсивная физическая работа до отказа приводит к гипоксии нагрузки, прямым показателем которой является кислородный долг. Он определяется как разница между кислородным запросом организма спортсмена и потребленным в ходе выполнения физической работы кислородом [8]. При этом повышается не только скорость доставки и потребления кислорода, но и скорость продукции и выведения углекислоты, а, следовательно, растет гипоксемия, гиперкапния, изменения кислотно-основного состояния. Возникает естественный вопрос: как повлияет обучение спортсмена ГВД на вегетативные проявления гипоксии нагрузки.
Проведено сравнение вегетативных показателей у спортсменов в момент отказа от интенсивной физической работы до и после обучения ГВД. Результаты сравнительного анализа представлены в виде относительных сдвигов одноименных показателей до и после обучения ГВД. Относительные сдвиги вегетативных показателей после обучения ГВД в завершающем фоне (фон-2), т.е. после физической нагрузки и восстановления представлены на рис. 3.
Рис. 3. Относительные сдвиги (%) вегетативных показателей у спортсменов в завершающем фоне (фон-2) после обучения ГВД. Примечание: * - р<0,05 - уровень значимости различия показателей до и после обучения ГВД
Из рис. 3 видно, что физическая нагрузка, как более мощный гипоксический фактор, нивелирует эффект ГВД. В результате после нагрузки и восстановления на фоне ГВД отмечено достоверное снижение УОК с 71,8±2,5 до 61,9±5,0 мл (р<0,05) (р<0,05), отмечена тенденция к снижению МОК и повышению ОПСС. Все это свидетельствует в пользу ухудшения гемодинамики. Физиологически это может быть обусловлено следуюшим: квалифицированные спортсмены, обладая высокой физической работоспособностью, способны выполнить большой объем физической работы, которая сопровождается у них повышением обмена веществ, и, как следствие, повышением температуры тела. Для отвода тепла при повышении температуры раскрываются кожные капилляры, а потому часть крови устремляется в них, обедняя центральный кровоток. В результате ударный объем крови достоверно снижается, снижается МОК и повышается ОПСС.
Учитывая, что организм спортсмена представляет собой целостную биологическую систему, то при снижении уровня кислорода в крови компенсаторно включаются механизмы
саморегуляции дыхательной системы. Отмечается повышение показателей легочной вентиляции (ЧД и МОД), в результате чего резкого снижения уровня сатурации не происходит, а отмечается лишь слабая тенденция к снижению показателя БаО2 с 94,8±0,8 до 93,7±0,5%. Таким образом, после выполнения интенсивной физической работы до отказа и восстановления на фоне ГВД происходит включение компенсаторных механизмов дыхания, что позволяет сохранить должный уровень кислорода в артериальной крови спортсменов.
Заключение. Проведенная экспериментальная работа и анализ полученных данных позволяют сделать ряд заключений, касающихся эффектов применения ГВД в тренировочной практике спортсменов. Так, обучение гиповентиляционному дыханию повышает гипоксическую устойчивость
спортсменов, их физическую работоспособность и уровень сатурации артериальной крови кислородом
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 90-93
в состоянии покоя. Физическая работа до отказа, проводимая на фоне уже сформированного гиповентиляционного дыхания, наоборот, способствует снижению уровня сатурации артериальной крови у спортсменов. Однако компенсаторное «включение» механизмов легочной вентиляции ослабляет негативное влияние физической работы на уровень насыщения крови кислородом и сохраняет должный уровень сатурации кислорода в артериальной крови спортсменов.
Литература / References
1. Карпман В. Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А., Хрущев С.В., Борисова Ю.А., Любина Б.Г., Меркулова Р.А. Кардиогемодинамика 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. Kardiogemodina-mika i fizicheskaya rabotosposobnost' u sportsmenov [Cardiohemodynamics and physical performance in athletes]. Moscow: Sovetskiy sport; 2012. Russian.
2. Классина С.Я. Физиологическая модель социального взаимодействия тренер-спортсмен в процессе тренировки на велоэргометре // Вестник новых медицинских технологий. 2014. N3. С. 122-126 / 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]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2014;3:122-6. Russian.
3. Классина С.Я., Фудин Н.А. Влияние произвольного гиповентиляционного дыхания в сочетании с физическими нагрузками на кардиореспираторные показатели человека // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №2. C. 142-148. DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16055 / Klassina SYa, Fudin NA. Vliyanie proizvol'nogo gipoventilyatsionnogo dykhaniya v sochetanii s fizicheskimi nagruzkami na kardiorespiratornye pokazateli cheloveka [The effect of arbitrary hypoventilation breathing in combination with physical activity on human cardiorespiratory parameters]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2018;2:142-8. DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16055. Russian.
4. Фудин Н.А. Газовый гомеостазис (произвольное формирование нового стереотипа дыхания). / Под общей редакцией К.В. Судакова. Тула: «Тульский полиграфист», 2004. 216 с. / Fudin NA. Gazovyy gomeostazis (proizvol'noe formirovanie novogo stereotipa dykhaniya). Pod obshchey
redaktsiey K.V. Sudakova [Gas homeostasis (arbitrary formation of a new stereotype of breathing). Under the General editorship of K. V. Sudakov]. Tula: «Tul'skiy poligrafist»; 2004. Russian.
5. Фудин Н.А., Классина С.Я., Вагин Ю.Е. Гиповенти-ляционное дыхание как средство повышения физической работоспособности человека при физической работе до отказа // Теория и практика физической культуры. 2016. №12. С. 55-57 / Fudin NA, Klassina SYa, Vagin YuE. Gipoventilyatsionnoe dykhanie kak sredstvo povysheniya fizicheskoy rabotosposobnosti cheloveka pri fizicheskoy rabote do otkaza [Hyperventilative breathing as a means of improving physical performance of a person during physical work to failure]. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. 2016;12:55-7. Russian.
6. Фудин Н.А., Классина С.Я., Вагин Ю.Е., Пигаре-ва С.Н. Физиологические эффекты влияния гиповентиляционного дыхания на кардиореспираторную и мышечную систему человека при физической работе до отказа // Спортивная медицина: наука и практика. 2016. Т. 6, N3. С. 22-28 / Fudin NA, Klassina SYa, Vagin YuE, Pigareva SN. Fizio-logicheskie effekty vliyaniya gipoventilyatsionnogo dykha-niya na kardiorespiratornuyu i myshechnuyu sistemu cheloveka pri fizicheskoy rabote do otkaza [Physiological effects of hyperventilation breathing on the human cardiorespiratory and muscular system during physical work to failure]. Sportivnaya meditsina: nauka i praktika. 2016;6(3):22-8. Russian.
7. Фудин Н.А., Хадарцев А.А., Орлов В.А. Медико-биологические технологии в физической культуре и спорте. Москва: ООО Издательство «Спорт», 2018. 320 с. / Fudin NA, Khadartsev AA, Orlov VA. Mediko-biologicheskie tekhnologii v fizicheskoy kul'ture i sporte [Medical and biological technologies in physical culture and sport]. Moscow: OOO Izdatel'stvo «Sport»; 2018. Russian.
8. Шустов Е.Б., Капанадзе Г.Д., Станкова Н.В., Ревякин А.О., Матвееенко Е.Л., Ким А.Е., Шуленин Н.С. Гипоксия физической нагрузки у спортсменов и лабораторных животных // Биомедицина. 2014. N4. C. 4-16 / Shustov EB, Kapanadze GD, Stankova NV, Revyakin AO, Matveeenko EL, Kim AE, Shulenin NS. Gipoksiya fizicheskoy nagruzki u sportsmenov i laboratornykh zhivotnykh [Hypoxia of physical activity in athletes and laboratory animals]. Biomeditsina. 2014;4:4-16. Russian.
9. Kerdö I. Ein aus Daten der Blutzirkulation kalkulierter Index zur Beurteilung der vegetativen Tonuslage // Acta neurovegetativa. 1966. Bd. 29, № 2. P. 250-268 / Kerdö I. Ein aus Daten der Blutzirkulation kalkulierter Index zur Beurteilung der vegetativen Tonuslage. Acta neurovegetativa. 1966;29(2):250-68.
Библиографическая ссылка:
Фудин Н.А., Классина С.Я., Вагин Ю.Е. Влияние гиповентиляционного дыхания и интенсивной физической работы на уровень сатурации артериальной крови кислородом у квалифицированных спортсменов // Вестник новых медицинских технологий. 2019. №3. С. 90-93. DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16473.
Bibliographic reference:
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: 10.24411/1609-2163-2019-16473. Russian.
