Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ОГРАНИЧЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СО СТОРОНЫ РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7
Для обеспечения легочной вентиляции и транспорта газов, как и для других видов деятельности тканей, требуется энергия. Большую часть энергии во время легочной вентиляции используют дыхательные мышцы. В состоянии покоя всего 2 % общего количества энергии, используемой организмом, утилизируют дыхательные мышцы. С увеличением частоты и глубины дыхания повышаются и энергозатраты. Более 15 % кислорода, потребляемого при значительной физической нагрузке, могут использовать диафрагма, межреберные мышцы и мышцы живота для осуществления вентиляции. Во время восстановления процесс дыхания также осуществляется при больших затратах энергии, порядка 9 — 12 % общего количества потребляемого кислорода. Хотя дыхательные мышцы во время физической нагрузки подвергаются значительному напряжению, вентиляции вполне достаточно для предотвращения повышения альвеолярного -^со, или снижения альвеолярного ^ при видах деятельности продолжительностью всего несколько минут. Даже при максимальном усилии вентиляция не достигает максимального уровня, при котором происходит произвольное поступление воздуха в легкие и выход его из них. Это — максимальная произвольная вентиляция (МПВ). Вместе с тем имеются данные, что легочная вентиляция может быть лимитирующим фактором при выполнении максимальной изнурительной физической нагрузки высокотренированными спортсменами [З]. По мнению некоторых ученых, усиленное дыхание в течение нескольких часов (например, во время марафонского бега) может привести к истощению запасов гликогена и утомлению дыхательных мышц. В этой связи следует отметить, что у " нетренированных" крыс во время физической нагрузки наблюдали значительное уменьшение гликогена в дыхательных мышцах по сравнению с мышцами задних конечностей. Мы не знаем, характерно ли такое уменьшение для дыхательных мышц человека, однако очевидно, что наши дыхательные мышцы лучше приспособлены к продолжительной работе, чем мышцы конечностей. Например, окислительная способность (окислительные ферменты и митохондрии) и плотность капилляров диафрагмы в 2 — 3 раза выше, чем скелетной мышцы. Следовательно, окисление жиров в диафрагме приведет к образованию большего количества энергии, чем их окисление в других мышцах. Сопротивление дыхательных путей и диффузия газов в легких не ограничивают выполнение физической нагрузки физически здоровым человеком. Хотя объем вдыхаемого воздуха во время физической нагрузки может увеличиваться в 10 —20 раз, сопротивление дыхательных путей поддерживается на уровне, характерном для состояния покоя вследствие их расширения (в результате увеличения гортанной щели и расширения бронхов). Кровь, идущая от легких, остается достаточно насыщенной кислородом даже при максимальном усилии. Таким образом, респираторная система отлично подготовлена для удовлетворения потребности в усиленном дыхании как при кратковременном, так и при долговременном физическом усилии. Отметим только, что люди, поглощающие чрезмерно большое количество кислорода при значительной физической нагрузке, могут столкнуться с определенными трудностями. 1У У сильнейших бегунов на длинные дис-^ танции отмечали респираторные ограничения физической деятельности. Они не могли достаточно вентилировать легкие, чтобы предотвратить снижение -р(), артериальной крови, что вызывало пониженное насыщение гемоглобина кислородом Респираторная система может ограничивать физическую деятельность людей с аномально узкими дыхательными путями или путями с нарушенной проходимостью. Например, астма вызывает сужение бронхиол и отек слизистой оболочки. Эти изменения значительно повышают сопротивление вентиляции и вызывают одышку. Известно, что физические нагрузки оказыва- 190 ют отрицательное воздействие на людей, страдающих астмой. Несмотря на интенсивные исследования, механизм или механизмы, вследствие которых физические нагрузки могут приводить к нарушению проходимости дыхательных путей у людей, страдающих астмой, до сих пор не установлены. Более подробно эта проблема освещается в работах Слая и Эгглстона [4, 9]. В ОБЗОРЕ... 1. При значительной физической нагрузке дыхательные мышцы могут использовать более 15 % кислорода, потребляемого организмом. 2. Легочная вентиляция обычно не является фактором, лимитирующим мышечную деятельность даже при максимальном усилии. Об этом может идти речь лишь в отдельных случаях у отлично тренированных спортсменов. 3. По-видимому, дыхательные мышцы лучше приспособлены " избегать" утомления при продолжительной физической работе, чем мышцы конечностей. 4. Сопротивление дыхательных путей и диффузия газов, как правило, не являются ограничительными факторами мышечной деятельности у физически здоровых людей. 5. Респираторная система может ограничивать мышечную деятельность у людей с респираторными нарушениями — нарушением проходимости или сужением дыхательных путей. РЕСПИРАТОРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОГО РАВНОВЕСИЯ Как уже отмечалось, интенсивная мышечная деятельность довольно часто приводит к образованию и аккумуляции лактата и Н" 1". Это может отрицательно повлиять на обмен энергии, а также снизить силу мышечных сокращений. Хотя регуляция кислотно-щелочного равновесия в организме осуществляется не только благодаря респираторной системе, мы решили включить ее рассмотрение в этот раздел, поскольку она играет очень важную роль в быстрой адаптации кислотно-щелочного статуса во время и сразу же после мышечной деятельности. Кислоты, такие, как молочная и угольная, выделяют ионы водорода (Н4'). Как отмечалось в главе 5, вследствие метаболизма углеводов, жиров или белков образуются неорганические кислоты, которые, расщепляясь, повышают концентрацию Н+ в жидкостях организма. Для нейтрализации действия свободных Н'1' в крови и мышцах содержатся основные вещества, которые, вступая в реакцию, нейтрализуют Н" ^: Н+ + буфер -> Н-буфер. В состоянии покоя в жидкостях организма этих веществ (таких, как бикарбонат, фосфат и белки) содержится больше, чем кислот. В результате рН колеблется от 7, 1 в мышцах до 7, 4 в артериальной крови. Переносимые (в течение всего нескольких минут) пределы рН артериальной крови составляют 6, 9 — 7, 5 (рис. 9.14). Превышающая нормальную концентрация Н4" называется ацидозом, тогда как концентрация ниже нормальной — алкалозом. рН внутри- и внеклеточных жидкостей организма находится в относительно узком диапазоне благодаря химическим буферам, легочной вентиляции и функции почек. Три основные химические буфера в организме — бикарбонат (НСО^), фосфаты (Р^) и белки. Кроме них, как отмечалось ранее, одним из главных буферов является гемоглобин эритроцитов. Табл. 9.3 иллюстрирует относительный вклад этих буферов в регуляцию концентрации кислот в крови. Вспомним, что бикарбонат, соединяясь с Н_^, образует угольную кислоту, тем самым снижая ее подкисляющее влияние. Угольная кислота, в свою очередь, образует диоксид углерода и воду в легких. СО^ затем выводится, а вода остается. Таблица 9.3. Буферная способность компонентов крови Буфер Слайксы* Бикарбонат
Гемоглобин Белки Фосфаты Итого 28, 0 *Миллиэквиваленты ионов водорода, потребляемые каждым литром при рН 7, 4 — 7, 0.
б Рис. 9.14. Допустимые пределы рН артериальной крови (а) и мышц (б) в покое и в состоянии изнеможения. Обратите внимание на ограниченный диапазон физиологической толерантности для рН крови и мышц: 1 — допустимые пределы для артериальной крови (6, 9 — 7, 5); 2 — состояние изнеможения (6, 63); 3 — состояние покоя (7, 10) 191 Количество бикарбоната, соединяющегося с Н" '", равно количеству буферируемой кислоты. Когда молочная кислота приводит к снижению рН от 7, 4 до 7, 0, используется более 60 % бикарбоната, первоначально содержавшегося в крови. Даже в состоянии покоя кислота, образуемая конечными продуктами обмена веществ, извлекает из крови большую часть бикарбоната, если нет другого способа выведения Н4 из организма. К счастью, кровь и буферы требуются только для транспорта кислот, образуемых в результате обмена веществ, из участков их образования (мышц) в легкие или почки, откуда они выводятся. После завершения транспорта кислот буферные молекулы могут быть снова использованы. В мышечных волокнах и почечных канальцах Н" ^ в основном буферируется фосфатами — фосфорной кислотой и фосфатом натрия. В настоящее время мало сведений о способностях буферов клеток. Нам только известно, что в клетках содержится больше белков и фосфатов и меньше бикарбоната, чем во внеклеточной жидкости. Как уже отмечалось, любое увеличение количества свободного Н'1' в крови стимулирует дыхательный центр усилить вентиляцию. Это способствует связыванию Н4' и бикарбоната и выведению СО-. Конечным результатом является снижение содержания свободных Н'1' и увеличение рН крови. Таким образом, как химические буферы, так и респираторная система обеспечивают Загрязнение воздуха В последние 20 лет озабоченность специалистов вызывает проблема, связанная с осуществлением мышечной деятельности в условиях загрязненного воздуха. Воздух во многих городах загрязнен небольшим количеством газов и частиц, которые не должны содержаться в воздухе, которым мы дышим. Когда воздух становится спертым или происходит инверсия температуры, концентрация некоторых из этих загрязняющих веществ повышается, что в значительной мере влияет на спортивную деятельность. Основными загрязняющими веществами в данном случае являются оксид углерода, озон и оксид серы. Оксид углерода (СО) — газ, не имеющий запаха, который при вдыхании быстро попадает в кровь и может привести к летальному исходу. Сродство гемоглобина с оксидом углерода почти в 240 раз выше, чем с кислородом, поэтому гемоглобин " предпочитает" связать как раз оксид углерода. Уровни оксида углерода в крови непосредственно определяются его содержанием во вдыхаемом воздухе. В ряде исследований отмечали линейное снижение МПК при увеличении содержания оксида углерода в крови. На основании анализа литературы по данному вопросу можно сделать вывод, что снижение МПК не является статистически значимым до тех пор, пока количество оксида углерода в крови не превысит 4, 3 %; вместе с тем результаты теста на тредбане понижаются при уровне оксида углерода 2, 7 % [5, 8]. Содержание оксида углерода в крови свыше 15 % влияет на выполнение субмаксимальной нагрузки при интенсивности менее 60 % МПК. Озон (0^) — наиболее типичный фотохимический окислитель. При высокой концен трации озона во вдыхаемом воздухе могут возникать кашель, раздражение глаз, одышка, рвота и т.д. Озон, в первую очередь, воздействует на дыхательные пути. Нарушение функции легких наблюдается при повышении его концентрации в окружающем воздухе. МПК значительно снижается при интервальном выполнении физической нагрузки в течение 2 ч при воздействии озона порядка 0, 75 %о. Это снижение МПК, очевидно, связано с пониженным транспортом кислорода в легкие вследствие менее интенсивного альвеолярного газообмена. Еще одно загрязняющее вещество — оксид серы (80^). О нем известно немного. Если концентрация данного газа в воздухе превышает 1, 0 %о, это приводит к значительному дискомфорту и существенному снижению спортивных результатов [8]. Оксид серы раздражает в основном верхние дыхательные пути и бронхи. В некоторых городах начали проводить кампанию, направленную на предупреждение жителей о степени загрязненности воздуха и смоге. Она предполагает использование специального цветного кодирования, где каждый цвет соответствует степени загрязнения воздуха. В этой связи целесообразно разработать единые стандарты для контроля за чистотой воздуха. Имеющиеся данные убедительно показывают необходимость отмены всех спортивных состязаний, когда уровень загрязнения воздуха превышает безопасные пределы. Мы надеемся, что последующие исследования позволят лучше понять отрицательные воздействия загрязняющих веществ на мышечную деятельность. 192 временную нейтрализацию срочных воздействий ацидоза вследствие физической нагрузки. Для поддержания постоянного буферного резерва накопившиеся Н^ выводятся из организма через почки и мочевую систему. Почки фильтруют Н+ из крови вместе с другими продуктами распада. Это обеспечивает выведение Н'1' из организма при сохранении концентрации внеклеточного бикарбоната. При кратковременной физической нагрузке (спринт) в мышцах образуется большое количество лактата и Н+, которые снижают рН мышц с 7, 08, характерного для состояния покоя, до 6, 70. Как видно из табл. 9.4, бег с максимальным усилием на дистанцию 400 м приводит к снижению рН мышц ног до 6, 63 и повышению концентрации лактата с 1, 2 до 19, 7 ммоль-кг" ' мышцы. Как уже отмечалось, подобное нарушение кислотно-щелочного равновесия отрицательно влияет на сократительные способности мышц и их способность образовывать АТФ. Накопление лактата и Н" 1" частично обусловлено тем, что они не могут легко диффундировать через мембраны волокон. Несмотря на значительное образование лактата и Н^ в течение 60 с, необходимых, чтобы пробежать дистанцию 400 м, эти промежуточные продукты диффундируют через жидкости организма и достигают равновесия только через 5—10 мин во время восстановления. Через 5 мин после забега у бегунов (табл. 9.4) показатели рН крови были 7, 10, а показатели лактата— 12, 3 ммоль-л" ', по сравнению с 7, 40 и 1, 5 ммоль-л~1 в состоянии покоя. Таблица 9.4. рН и концентрация лактата в крови и мышцах после забега на 400 м 20 40 60 80 Восстановление, мин Рис. 9.15. Влияние активного и пассивного восстановления уровней лактата крови после серии спринтерских забегов: 1 — пассивное восстановление; 2 — активное восстановление; 3 — уровень в состоянии покоя ток в активных мышцах, который, в свою очередь, усиливает диффузию лактата мышц и его окисление. Хотя уровень лактата крови остается повышенным в течение 1 — 2 ч после значительной физической нагрузки анаэробной направленности, концентрация Н'*" в крови и мышцах восстанавливается в течение 30— 40 мин. Это обусловлено химической нейтрализацией в основном бикарбоната и респираторным выведением избытка СОу
Восстановление нормальных уровней лактата крови и мышц после такой изнурительной нагрузки — относительно длительный процесс, продолжающийся, как правило, 1 — 2 ч. Как видно из рис. 9.15, восстановлению уровня лактата крови способствует непрерывное выполнение физической нагрузки небольшой интенсивности, так называемое активное восстановление [7]. После серии спринтерских забегов испытуемые либо сидели неподвижно (пассивное восстановление), либо работали с интенсивностью 50 % МП К. Во время активного восстановления лактат крови также восстанавливается быстрее, поскольку мышечная деятельность поддерживает высокий крово- В ОБЗОРЕ... 1. Чрезмерная концентрация Н+ (пониженное рН) нарушает образование АТФ и сократительную способность мышц. 2. Респираторная система играет существенную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия. 3. При увеличении количества Н" *' центр вдоха реагирует усилением дыхания. Главный способ снижения концентрации Н'1' — выведение СОу Диоксид углерода транспортируется в основном в связанном с бикарбонатом виде. Достигнув легких, он диссоциирует и выводится из организма. 4. При повышении концентрации Н+ вследствие аккумуляции либо СО-, либо лактата ионы бикарбоната нейтрализуют Н+, предотвращая ацидоз. В главе 8 мы выяснили, какую роль играет сердечно-сосудистая система при выполнении физических нагрузок. В данной главе мы рассмотрели
роль респираторной системы. Выяснили, каким образом эта система может ограничивать мышечную деятельность. В следующей главе остановимся на адаптационных реакциях сердечно-сосудистой и респираторной систем вследствие физических нагрузок. Рассмотрим, как эти адаптационные реакции могут повышать способности обеих систем удовлетворять потребности организма и как они влияют на спортивную деятельность. Контрольные вопросы 1. Опишите анатомические структуры, участвующие в процессе легочной вентиляции. 2. Какие мышцы связаны с процессом дыхания, расскажите об их функциях во время легочной вентиляции. 3. Что такое парциальное давление кислорода и диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, альвеолярном воздухе, артериальной и смешанной венозной крови? 4. В каком виде транспортируется кровью кислород и диоксид углерода? 5. Какие химические стимулы регулируют частоту и глубину дыхания? Как они контролируют дыхание во время физической нагрузки? Какое действие оказывает на них произвольная гипервентиляция? 6. Какие еще факторы регулируют вентиляцию во время физической нагрузки? 7. Что такое вентиляторный эквивалент по кислороду? по СО,? 8. Определите момент снижения эффективности вентиляции и анаэробный порог. 9. Что такое порог лактата, анаэробный порог? Как связаны эти два понятия? 10. Какую роль играет респираторная система в кислотно-щелочном равновесии? Я. Какой обычный (в состоянии покоя) показатель рН артериальной крови? Мышц? Как изменяется этот показатель при выполнении физической нагрузки спринтерской направленности? 12. Какие основные буферы крови и мышц вы знаете? 13. Какая продолжительность восстановления уровней рН и лактата крови после мышечной деятельности спринтерской направленности? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Апйегеоп 0.8., КЬойез Е.С. (1989). А геу; е^ оГ Ыоо< 11ас1а1е апс1 уепН1а1огу тецюсЬ оГс1е1есНп§ (гапвШоп 1Ьге$Ьо1(15. §рой5 МеШсте, 8, 43 — 55. 2. Оау; & .1.А. (1985). АпаегоЫс Шге5Ьо1с1: Кеу1е\у оГ Ше сопсер! апс1 сНгейюпх Гог ГиШге ге$еагсп. МесИсте апс1 5с1епсе ш 5роП5 апс1 Ехегс1& е, 17, 6 — 18. 3. Оетр«, еу.1.А., Ук1ги1( Е.Н., МИспеП 0.5. (1986). Ь» 1Ье 1ипв Ьш11 Гое ехегс^е? МесИсте апс1 5с1епсе т 5рог1 апс1 Ехегс^е, 18, 143- 155. 4. Е§е1ех1оп Р.А. (1986). Ра(порпу5ю1о§у оГ ехегс^е-шйисей аЯтпа. МесКсте апс1 §с; епсе т 5роП апс1 Ехетзе, 18, 318- 321. 5. РоИпзЬее Ы., Кауеп Р.В. (1984). Ехегс; 5е апс1 аи-роИиНоп. }оита1 оГ ЗроПв 5с1епсе5, 2 57 — 75. 6. Оиу1оп А.С. (1991). Тех1Ьоо1< оГтеШса! рЬу5ю1о§у (8111 ей.). РЬНа(Зе1рЫа: Заипйегк. 7. Неппапкеп Ь. (1981). Е{Гес1оГте1аЬо1к: сЬапвевоп Гогсе §епегаПоп т 51< е1е1а1 ти5с1е Диппе тах1та1 ехеплве. 1п К.РоПег апс1 ^.\V^1е1ап (ЕДз.). Нитап ти5с1е ГаИеие: РЬу5; о1ов; са1 тесЬатктз (рр. 75 — 88). Ьоп(1оп: РИтап Ме(11са1. 8. Кауеп Р.В. (1979). Неа1 апс! а; г ро11и1юп: ТЬе сагШас раиет. 1п М.Ь. Ро11ос1< О.Н.§сЬтИ1 (ЕЙ5.), НеаП(115еахе апс1 гепаЫН1а1юп. Во51оп: НоиеЬюп М1гП1п. 9. 81у К.М. (1986). Н15(огу оГ ехегс; 5е-; пс1исе(1 ав1Ьта. Мес1ю1пе апс1 §с1епсе т ЗроПз апс1 Ехегс^е, 18, 314 — 317. 10. •\Уа55егтап К., МсПгоу М.В. (1964). Ое1ес1; п§ 1Ье 1Ьге5Ьо1с1 оГ апаегоЫс те1аЬоИ5т т сагсИас ра11еп(5 с1ипп§ ехегске. Атепсап ^оита1 оГ Сагс1ю1о§у, 14, 844— 852. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Вгоо! » О.А. (1985). Кеаропве ю Оау; 5 тапивспр!. МесИсте апс1 §с1епсе 1п ЗроПв апс1 Ехегс^е, 17, 19— 21. ВгооЬв С.А., Ра1Ьеу Т.О. (1985). Ехегс^е рЬу5ю1о§у: Нитап Ыоепег§е11с5 апс1 11& арр11са1юп& (рр. 221 — 278). N0^ УоА: \У11еу. Сотгое.1.Н. (1974). РЬуяо1о§у оГ ге5р{га1юп (2п< Э е< 1.). СЫсаео: Уеаг Воо1< МесИса!. Со^иИ О.Ь. (1970). Ме1аЬоЬс гезропвев с1иппв с1; 51ап& е гипп1п§. 1оита1 оГАррПес! РЬу5ю1оеу, 28, 251 — 255. Со5(Ш О.Ь., ВатеП А., §Ьагр К., Гт\и V/.!., Ка1г А. (1983). Еее тизс1е рН Го11о\уте 5рпп1 шпп1пв. Мес11с1пе апс1 §с1епсе 1п §рог15 апс1 Ехегс^е, 15, 325 — 329. СозШ! О.Ь., Уеге(арреп Р., Ки1рег5 Н., 1ап55еп Е., Р1п1( \У. (1984). АсИ-Ьаве Ьа1апсе с1ипп§ гереа(ес1 Ьои15 оГ ехегс^е: 1п(1иепсе оГ НСО. 1п1егпа1юпа1 ^оита1 оГ 8роП8 Мес1; с; пе, 5, 228 — 231. Оетрвеу ].А., Ук1ги1с Е.Н., Ма51епЬгоо1( 5.М. (1980). Ри1топагу соп1го1 5у51ет5 т ехегс1& е. Рес1ега1юп РгосеесИпев, 39, 1498 — 1505. Оетрзеу ^.А., У1(1ги1( Е.Н., МИсЬеП 0.5. (1985). Ри1топагу соп1го1 5у51ет2 1п ехегс1& е. Рес1ега1юп РгосеесИпез, 44, 2260 — 2270. Оетрвеу.1.0. (1985). Ехегс15е апй сЬетогесер11оп. Атепсап Кеу1е\у оГ Ке5р1га1огу 015еа5е, 129, 31 — 34. Ро\уеге 8.К., Но\у1еу Е.Т. (1990). Ехегс^е рЬу81о1оеу: Тпеогу апй арр11са1юп 1о П1пе85 апс1 регГогтапсе. ОиЬиоие, 1А: вго\уп. 8Ьаф К.Ь., СояпП О.Ь., Рт1( ^V.^., К1пе 0.8. (1986). Е(Гес15 оГе1§Ь1 \уее1< 5 оГЫсус1е егаотпег 5рпп11га1п1п§ оп Ьитап ти5с1е ЬиДег сарас11у. 1п1егпа1юпа1.1оигпа1 оГ8роп5 МесИсте, 7, 13— 17. 8и1Юп ^.К., ^опе& N.^., Тоеуух С.:. (1981). Епес1 оГрН оп ти8с1е §1усо1у5; 5 с1ипп§ ехегс15е. СИтса! 5с1епсе, 61, 331 - 338. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 410; Нарушение авторского права страницы