АДАПТАЦІЯ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ ДО ФІЗИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ

Організм людини постійно пристосовується до мінливих умов середовища. Потрапляючи в неадекватні умови, він використовує фізіологічні реакції „аварійного забезпечення”. Дослідження деяких авторів [5] дають підставу вважати, що при всій різноманітності реакції організму на зміни в середовищі, існує універсальний принцип реакції, заснований на контактних, постійних рівнях метаболізму. У здійсненні енергетичних процесів обміну, пов’язаних з інтенсивністю біосинтезу, важлива роль належить О2, тому будь-які однонаправлені зміни кисневого режиму організму будуть приводити до адаптаційних пристосувань. Одностайності в цьому питанні не існує, стан здоров’я людини не можна розглядати без урахування процесів адаптації організму, направлених на вироблення оптимальної стратегії живої системи для забезпечення гомеостазу [6]. М’язова діяльність супроводжується кисневою недостатністю, ставить підвищенні вимоги до дихальної системи [3; 5], яка є провідною при оцінці функціональних можливостей в динамічній роботі. Адаптація дихання до м’язової діяльності розглядається як процес цілеспрямованого збільшення функціональних можливостей [1], який полягає в оптимізації фізіологічної реакції функціональних систем. Тривале повторення фізичних навантажень на фоні зниженої або підвищеної реактивності поглиблює й закріплює гіпо — чи гіперкінетичні риси фізіологічної реактивності [8].

Метою роботи було дослідження механізмів мобілізації дихальної системи при адаптації до систематичних тренувальних навантажень, виявлення ролі різних параметрів об’ємної швидкості видиху в адаптаційних зрушеннях.

Дослідження проводили методом пневмотахографії за даними аналізу петлі "потік-об’єм" на діагностичному комплексі Master Scope PC

німецької фірми "Erich Eger". Визначали форсовану життєву ємність

легень (ФЖЄЛ), об’єм форсованого видиху за першу секунду маневру (ОФВ1), пікову об’ємну швидкість видиху (ПОШ), максимальні об’ємні швидкості видиху відповідно рівням 25 %, 50 % та 75 % ФЖЄЛ (МОШ25, МОШ50, МОШ75), середню об’ємну швидкість видиху (СОШ), індекс Тиффно (ОФВ1/ЖЄЛ %). Аналіз показників проводили у відсотках до належних. Належні величини визначали за рівняннями регресії, складеними Р. Ф. Клементом [4]. Проведено визначення рівнів економічності зовнішнього дихання (РЕЗД), нормативні величини хвилинного об’єму дихання (ХОД), максимальної вентиляції легень (МВЛ), резервів ЗД, продуктивності та енергетичної вартості [2; 3; 7]. Підрахунки стандартного основного обміну, необхідного для визначення належних величин, використаних для розрахунку ЕЗД проводились за таблицями Гарріса й Бенедікта з урахуванням ваги, віку й зросту обстежуваних [2]. Статистична обробка даних проведена за програмою "ЕхсеІ-97" з використанням критерію t-Стъюдента.

У дослідженнях велика увага приділялась форсованим потокам, що дають найбільш повну оцінку функціональних можливостей дихальної системи. Однакові відповідно до статі об’єми фізичних навантажень викликають неоднакові зміни функцій зовнішнього дихання в юнаків і дівчат однієї й тієї ж вікової групи.

Про виникнення адаптаційних змін у морфології дихального апарату під впливом тривалих фізичних навантажень свідчать одержані нами більші параметри РФЖЄЛ. РОФВ1, які знаходяться в прямій залежності від сили дихальних м’язів і від турбулентності потоку, пов’язаної з прохідністю дихальних шляхів. На думку деяких авторів [4], зміни рівнів форсованих потоків при фізичних навантаженнях зумовлені морфологічними зрушеннями, які сприяють зростанню резервних об’ємів зовнішнього дихання. Порівнюючи рівні параметрів форсованого потоку в основних і контрольних групах юнаків слід відзначити, що тривалі м’язові навантаження викликали зростання показників РФЖЄЛ, РОФВ1, РПОШ, РМОШ25 (табл. 1).

Виявлене зростання об’ємної швидкості повітряного потоку на рівнях розгалуження великих бронхів сприяло підвищенню мобілізації вентиляторної функції легень, яке виникло під впливом тривалої м’язової діяльності.

Про статеві відмінності між показниками зовнішнього дихання при фізичних навантаженнях свідчить той факт, що тільки в експериментальних групах дівчат виявлені статистично достовірні відмінності за показниками максимальної та середньої об’ємної швидкості видиху відповідно рівням ФЖЄЛ 25 %, 50 %, 75 % (РМОШ25, РМОШ50, РМОІІІ75, РСОШ), індексу Тиффно.

Очевидно, у дівчат адаптаційні пристосування респіраторної системи, які супроводжувались зростанням величин форсованих потоків,

обумовлені зростанням швидкості повітряних потоків у бронхах великого та середнього калібру.

Таблиця 1

Рівні швидкісних показників легеневої вентиляції юнаків при тривалих фізичних навантаженнях (М±ш)

Показни ки

В і к о в і г р у п и (n = 30), в р о к а х

18

19

20

контрольна

основна

контрольна

основна

контрольна

основна

РДО, %

147,5±7,2

-5,2±11,5

142,2±9,49

-2,17±7,4

153,9±6,99

+21,6±11,7#

РРОвд, %

117±4,91

+9,01±6,01

121,3±5,56*

+16±5,52

126,4±5,77

+8,36±6,41

РЧД, %

106,6±5,95*

-24,8±4,35

101,1±5,87**

-23,5±3,43

96,6±5,27***

-24,1±3,54

РЖЄЛ, %

106,2±2,73*

+11,5±2,72

102,9±2,26***

+15±3,41

99,6±2,25***

+12,7±2,5

РХОД, %

152,2±7,68*

-31,8±7,33

139,1±10,18**

-32,5±5,47

РЖЄЛ, %

106,2±2,73*

+11,5±2,72

102,9±2,26***

+15±3,41

99,6±2,25***

+12,7±2,5

РХОД, %

152,2±7,68*

-31,8±7,33

139,1±10,18**

-32,5±5,47

146±7,03*

-22,9±7,9

РФЖЄЛ,%

101,6±1,94*

+13,4±2,69

102±1,91***

+14,1±2,82

100,7±2,2***

+12,8±2,58

РОФВ1, %

111±2,05*

+14,6±2,79

104,1±3,99*

+13,3±3,64

100±3,55*

+13,6±3,55

98,6±3,12*

+10,7±2,84

РМОШ50,%

113±4,26*

+16,6±4,81

110,3±4,11*

+12,7±4,16

106,5±4,07

+10,8±5,32

РМОШ75,%

122,7±7,33

+21,9±8,62

121,6±6,92

+14,8±9,44

111,1±5,74

+13,7±9,26

РПОШ, %

94,1±3,53*

+14±3,49

87,9±4,13**

+17,8±3,79

88,4±4,1**

+16,7±2,83

РСОШ25-75, %

113±4,49*

+15,4±4,8

110,7±4,32

+8,6±4,11

105,5±4,14

+9,7±5,3

Примітка. * – вірогідність різниці між основними й контрольними групами * – р<0,05; ** -<0,01; *** – <0,001, # – вірогідність різниці між дівчатами 18 років і дівчатами 19-20 років #

– р<0,05

Таблиця 2

Рівні швидкісних показників легеневої вентиляції дівчат при тривалих

фізичних навантаженнях (М±ш)

Показник и %

В і к о в і г р у п и (n = 30), в р о к а х

18

19

20

контрольна

основна

контрольна

основна

контрольна

основна

РДО

140,1±7,89

-15,2±5,63

145,2±8,05

-16±7,03

150,6±8,61

-13,6±6,84

РРОвд,

112,4±5,86

+0,09±5,08

110,6±6,4

-5,53±4,94

102,3±5,33

-2,15±4,74

РЧД,

95,7±4,14*

-13,3±4,4

94,1±5,15

+3,5±17,23

93,9±4,62*

-15,5±3,33

РЖЄЛ,

107,9±2,6*

+7,79±2,08

106,6±2,69*

+9,96±2,49

104,2±2,22**

+10,1±2,27

РХОД

134,7±9,45**

-35±4,28

129,6±6,02***

-28,2±4,37

135,8±7,03**

-33,8±5,46

РФЖЄЛ,

104,8±2,32*

+8,71±2,24

104,5±2,56**

+10,3±2,65

100,6±2,28**

+11,7±2,35

РОФВ1

108,2±2,94**

+11,7±2,16

109,1±2,89**

+10,4±2,38

104,1±2,32**

+11,5±2,48

РІТ

101,8±2,05

+3,08±1,11

104,3±1,16

+0,003±1,21

103,3±1,23

+0,27±1,22

РМОШ25

89,4±3,15**

+14,4±2,98

95,2±2,91**

+13,7±3,22

97±3,09*

+9,6±3,49

РМОШ50,

96,1±3,76*

+12,6±3,73

101,0±3,45

+10,7±4,08

96,4±3,53

+8,7±3,35

РМОШ75,

95,2±6,2

+13,7±3,22

97±3,09*

+9,6±3,49

РМОШ50,

96,1±3,76*

+12,6±3,73

101,0±3,45

+10,7±4,08

96,4±3,53

+8,7±3,35

РМОШ75,

95,2±6,2

РСОШ25-75,

93,4±4,24*

+13,5±3,58

99,5±3,77

+9,4±3,84

94,6±3,89

+8,9±3,81

Примітка. * – вірогідність різниці між основними і контрольними групами * – р<0,05; ** – <0,01;

*** – <0,001, # – вірогідність різниці між дівчатами 18 років і дівчатами 19-20 років # – р<0,05

Вищі показники в обстежуваних юнаків і дівчат спортивних груп порівняно з контрольними (табл. 1, 2) вказують на підвищення функціональних можливостей системи дихання.

Слід також зазначити, що рівні відповідних показників у юнаків спортивних груп були вищими, ніж у дівчат. Поряд зі зростанням рівнів РФЖЄЛ, РОФВ1 у юнаків і дівчат основної групи спостерігається значне збільшення рівня пікової об’ємної швидкості видиху. Про збалансований розвиток дихальних шляхів і експіраторних м’язів у обстежуваних при тривалих фізичних навантаженнях свідчать деякі рівні форсованих потоків (РФЖЄЛ; РОФВ1; РМОШ25; РМОШ50; РІТ; РМОШ75; РСОШ25-75), які виявились вищими належних величин. Водночас нами не виявлено відмінностей в експериментальних групах юнаків за вищеназваними показниками, але вони були вище належних величин, що свідчить про збалансований розвиток дихальних шляхів і експіраторних м’язів. З іншого боку, аналізом кореляційної залежності виявлено, що між рівнями індексу Тиффно й РМОШ50, РМОШ75, РСОШ та рівня МОШ у середній частині ФЖЄЛ (РМОШ75%/25%) існує прямий кореляційний зв’язок з високим ступенем вірогідності (від г=0,62 до r=0.89). Одержані результати узгоджуються з даними літератури [5; 6], які вказують на залежність адаптивних зрушень респіраторної системи при тривалих фізичних навантаженнях від морфологічних і функціональних змін опорно-рухового апарату, об’ємів легень та діаметру бронхів.

Енергетична вартість зовнішнього дихання, яка оцінювалась за рівнем хвилинного об’єму дихання (РХОД), в юнаків перебувала в межах

152,2-106,6 %. В основних групах РХОД виявився нижчим (р<0,05) на

22,9%-32,5 %, ніж у контролі (табл. 3).

Таблиця 3

Статистичні показники економічності зовнішнього дихання

юнаків та дівчат основних і контрольних груп (Х±m)

Показн ики

В і к о в і г р у п и (n = 30), в р о к а х

18

19

20

контрольна

основна

контрольна

основна

контрольна

основна

юнаки

РЕЗД,

%

42,1±2,81**

*

+22,1±2,53

54,5±4,42***

#

+27±5,56#

52,6±4,2***

#

+22,8±2,36#

РРЗД,

%

211,4±6,08*

*

+28,2±5,15

224,2±6,53**

*

+39,4±5,5##

214,3±4,7**

*

+47,5±4,1##

#

дівчата

РЕЗД,

%

40,5±2,26**

*

+20,9±2,57

46,7±2,3***

+24,1±2,76#

48,6±2,9***

#

+32±2,9###

РРЗД,

%

192,2±4,5**

*

+30,4±3,88

203,1±5,7***

+48,3±5,2###

205±4,72**

*

+50,6±5,5##

#

Примітка. * – вірогідність різниці між основними і контрольними групами * – р<0,05; ** – <0,01; *** –

<0,001, # – вірогідність різниці між дівчатами 18 років і 19-20 років # – р<0,05, ## — <0,01, ###- <0,001.

Очевидно, у досліджуваних під впливом тривалої м’язової діяльності в процесі вікової динаміки адаптаційний процес віддзеркалює стратегію адаптації, коли інтенсивна мобілізація енергетичних затрат вимагає підвищеної мобілізації пластичних ресурсів.

Приріст продуктивності зовнішнього дихання, який визначався за рівнем резерву (РРЗД), виявився в обстежуваних основних груп більшим, ніж приріст РХОД, що забезпечувало підвищення рівня економічності функціонування респіраторної системи. Під впливом тренувальних занять зростання функціональних резервів супроводжувалось вдосконаленням механізмів регуляції системи дихання, які спрямовані на оптимізацію вентиляторної відповіді. Середні показники РРЗД в обстежуваних групах перебували в межах 211,4-263,6 %, але достовірно (р<0,01) вищою була продуктивність зовнішнього дихання у юнаків основних груп (у 18-річних на 28,2 % і становила 239,6±5,15 %, у 19- річних — на 39,4 % (263,6±5,15 %), а в 20-річних відповідно — на 47,5 % і становила 261,8±4,1 %), ніж у контролі. У процесі лонгітудинальних етапів досліджень в основних групах юнаків виявлено зростання (р<0,01) РРЗД на 24 % у 19 років і на 22,2 % у 20 років порівняно з 18 річними, а в групах контролю відповідних змін не виявлено. При аналізі динаміки адаптації за ступенем реалізації потенціалу системи дихання в процесі тривалих тренувань ми виділили різні рівні резервних можливостей (слабкі, середні та високі). Одержані критерії дають змогу підійти до кількісної оцінки ступеня впливу тривалої м’язової діяльності на рівень адаптації функціонального потенціалу організму.

Ємкість економічності зовнішнього дихання (РЕЗД) залежала від ступеня реалізації загального адаптаційного потенціалу й з ростом тренованості збільшувалася. Показники РЕЗД в юнаків у стані спокою перебували в межах 42,1-81,5 %, що менше 100 % і вказує на дефіцит (у

89 % обстежуваних), але вищою (р<0,001) була економічність в основних групах. У процесі лонгітудинальних етапів трирічних досліджень в основній групі юнаків РЕЗД зростав, що призводило до зниження дефіциту ЕЗД. Продуктивність зовнішнього дихання (РРЗД) у дівчат основних груп перебуває в межах 222,6 – 255,6 % і була вищою (р<0,001), ніж у контролі: у 18-річних на 30,4 %, у 19-річних відповідно на 48,3 %, а у 20-річних – на 50,6 %. У процесі лонгітудинальних етапів обстежень між РРЗД спостерігалось зростання в основних групах на 33% (р<0,001), а у контрольних на 12,8 % (р<0,05). Енергетична вартість зовнішнього дихання (РХОД) у дівчат основних груп була достовірно (р<0,001) нижчою (на 28,2-35 %) порівняно з контролем, але у динаміці лонгітудинальних етапів обстежень не виявлено змін. Економічність зовнішнього дихання (РЕЗД) у дівчат основних груп перебували у межах

61,4–80,6 % та виявилась вищою у 18-річних — на 20,9 %, у 19-річних — на

24,1 %, а у 20- річних – на 32 % (р<0,001) у порівнянні з їх ровесницями

контролю. За кількісною величиною РЕЗД у більшості (97 %) обстежуваних дівчат виявлений дефіцит ЕЗД. Упродовж лонгітудинальних етапів досліджень економічність (РЕЗД) зростала у контролі на 8,1 % (р<0,05), а в основних групах на 19,2 % (р<0,001). Що стосується статевих відмінностей відносно економічності та резервів зовнішнього дихання, то під впливом тривалої м’язової діяльності у групах юнаків виявлено вищі показники РРЗД та РЕЗД. У процесі лонгітудинальних етапів досліджень різниця між РРЗД в основних групах юнаків та дівчат знижувалась з 17 % до 8 %. РЕЗД під впливом тривалої м’язової діяльності впродовж першого та другого етапів лонгітудинальних досліджень більш інтенсивно зростав (на 2,8 %-10,7 %) у юнаків порівняно з дівчатами, а на третьому етапі – у дівчат (на 5,2 %). За даними досліджень деяких авторів [2] РЕЗД значною мірою лімітує фізичну працездатність, впливаючи при цьому на всі показники фізичного стану організму. Збільшення цього параметру під впливом тренувань призводить до зниження дефіциту ЕЗД і відповідно впливає на підвищення економічності функціональних систем організму. Відповідно одержаним даним за адаптаційним потенціалом переважна більшість досліджуваних мала задовільну форму адаптації і лише в незначної кількості спостерігалось напруження адаптаційних механізмів. Одержані відмінності, очевидно, пояснюються більш інтенсивним формуванням послідовної адаптації в юнаків порівняно з дівчатами. Очевидно, одержані результати підтверджують дані літератури про те, що зміни функціонального стану ЦНС, зростання тренованості, розвиток втоми під впливом фізичних навантажень та індивідуальні особливості функціонування організму детермінують економічність зовнішнього дихання [5; 8]. Виявлені адаптаційні зрушення респіраторної системи під впливом фізичних навантажень свідчать про наростання процесів більш економного її функціонування, що відображає специфічний рівень адаптивних можливостей.

Таким чином, формування оптимальної динамічної структури адаптації респіраторної системи до тривалої м’язової діяльності визначається ростом тренованості й максимальним об’ємом навантажень, стійкістю й узгодженістю з робочими рухами, що забезпечує тим самим стабілізацію й синхронізацію регуляторних та гомеостатичних механізмів управління системи, а відтак і змін рівня функціонування дихання. Тривалий інтенсивний вплив м’язової діяльності супроводжується адаптивними зрушеннями резервних можливостей та вираженою економізацією респіраторної системи. Відповідна стимуляція здійснюється за рахунок зростання утилізації кисню і швидкості його споживання, змін статичних об’ємів легенів та зростання швидкісних потоків легеневої вентиляції (ФЖЄЛ; ОФВ1; ПОШ; МОШ25; МОШ50; СОШ25-75; тест Тифно), які визначаються тривалістю навантажень і статево — віковими особливостями організму. Визначення фактичного

резерву вентиляції, оцінка енергетичної вартості й економічності функціонування системи дихання сприяють виявленню ступеня активації функціональних можливостей та адаптаційних механізмів при тривалих фізичних навантаженнях і служать критеріями оцінки функціональних резервів респіраторної системи.

Література

1. Верхошанский Ю. В., Виру А. А. Некоторые

закономерности долговременной адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам //Физиология человека. – 1987. – № 5. – С. 811 –

817. 2. Гневушев В. В., Каратуров Е. С, Краснов Ю. П., Федоренко В. И. Врачебный контроль в физическом воспитании студентов. Уч. пособие. – Петрозаводск, ЛГУ. – 1982. – 112 с. 3. Дембо А. Г. Актуальные проблемы современной спортивной медицины. – М.: Медицина. 1980. – 298 с. 4. Рис Дж. Диагностические тесты в пульмонологии: Пер. с англ. – М.: Медицина, 1994. – 184 с. 5. Меерсон Ф. З. Основные закономерности индивидуальной адаптации // Физиология адаптационных процессов. – М.: Наука, 1986. – С. 10-76. 6. Іванюра I. О., Моисеев С. В. Індивідуальні особливості адаптації серцево-судинної системи дівчаток-плавців середнього шкільного віку // Фізіологічний журнал. – 1994. – Т. 40, № І. – С 14 – 22. 7. Anthony A. J., Venrath Н. Functions prufung der Atmung. Leipzig, 1962. – 215 р. 8. Keul J., Konig D., Huonker M., Halle M., Wohlfahrt В., Berg A. Adaptation to training and performance in elite athletes // Research Quarterly for Exercise and Sport. – 1996. – Vol./67, № 3. – P. 29 – 36.

Summary

On the basis of the conducted researches the description of the external

breathing, its dynamics of economy functions, specificity and individual features of forming of adaptation of the students І – ІIІ of rates (18 – 20 years). Considerable differences are exposed between the averages of indexes of respiratory volumes and speed streams of ventilation of lights in students at the physical loading. It is shown, that in an, dynamics the indexes of the external breathing of different age-sexual groups changed unevenly, the terms of the most expressed changes did not coincide.

Материал взят из: Вісник Луганського національного університету імені Тараса Шевченка. Біологічні науки. № 2 (165)