Дыхание при физической нагрузке

 

При физической нагрузке регуляция дыхания не обусловлена исключительно ролью хеморецепторов, поскольку парциальное напряжение кислорода в альвеолах повышено относительно нормы в связи с увеличенной вентиляцией, или гиперпноэ, а прирост углекислого газа недостаточен для хеморецепторной стимуляции внешнего дыхания. При физической нагрузке в мышцах возрастает продукция молочной кислоты, которые стимулируют хеморецепторы дыхания.

Увеличение дыхания при физической нагрузке проявляется в виде трех фаз:

)   1-ая фаза гиперпноэ возникает в первые 20 с. Под влиянием нисходящих двигательных команд от нейронов моторной коры и входов от проприорецепторов сокращающих мышц;

)   2-ая фаза характеризуется медленным приростом вентиляции в результате активации под влиянием нисходящих центральных команд центров варолиева моста, регулирующих дыхание;

)   3-ья фаза проявляется относительно постоянным уровнем активации механизмов регуляции легочной вентиляции, контроля внутренней среды организма при физической нагрузке.

 

Утомление дыхательных мышц

 

Утомление дыхательных мышц - обратимое снижение функции респираторной мускулатуры вследствие чрезмерной нагрузки. Из определения понятно, что утомление дыхательных мышц - достаточно острое состояние, т.к. работать длительное время с чрезмерной нагрузкой мышцы неспособны. Следует отметить, что несмотря на то, что диафрагма обладает значительно большим «запасом прочности», по сравнению с вспомогательными дыхательными мышцами и, в отличие от последних, всегда работает в аэробных условиях (D.K.McKenzie & F.Bellemare, 1995), включение в акт дыхания вспомогательной мускулатуры уже указывает на недостаточную эффективность работы диафрагмы. Объективно оценить это состояние можно при помощи соотношения между давлением развиваемым на вдохе (Ptidal) и максимальным инспираторным давлением (МЕР). После превышения порогового уровня, равного приблизительно 0,4, можно говорить о развитии утомления дыхательных мышц и их неспособности поддерживать адекватную альвеолярную вентиляцию.

Утомление дыхательных мышц усиливается при заболеваниях лёгких и сердца.

Показатели утомления мышц

 

. Ptidal / MIP = Р_вд / Р _{max вд.}

где: Р_вд - давление в ВДП при спокойном вдохе;

Р_{max вд.} - давление в ВДП при максимальном форсированном вдохе

При утомлении Ptidal / Mip увеличивается до 0,4 и более

При Ptidal / Mip = 0,4 внешние признаки утомления появляются ≈ через 90 мин

При Ptidal / Mip = 0,6 внешние признаки утомления появляются ≈ через 15 мин

. Индекс «напряжение - время» ТТI - оценивает «выносливость» диафрагмы.

 

ТТI = Р / Pd_{i max} x T_i / T _TOT

 

T_i - время одного сокращения диафрагмы

T _TOT - общее время дыхательного цикла «вдох-выдох»

Рd_i - трансдиафрагмальное давление при спокойном вдохе

Pd_{i max} - трансдиафрагмальное давление при max форсированном вдохе

В норме ТТI - не более 0,15;

При ТТI более 0,15 имеет место утомление мышц

Как измерить трансдиафрагмальное давление? С помощью резинового пищеводного катетера два резиновых баллона помещают в: а) пищевод; б) желудок

Разность давлений в них есть трансдиафрагмальное давление.

. Индекс выносливости дыхательной мускулатуры ТТ_MUS - не требует зондирования пищевода.

 

ТТ_MUS = Ptidal / MIP x T_i / T _TOT

 

В норме ТТ_MUS не более 0,33.

При ТТ_MUS более 0,33 - утомление дыхательных мышц.

. Работа дыхания - это работа по преодолению суммарного внутрилёгочного сопротивления.

Суммарное внутрилёгочное сопротивление складывается из:

а) эластического сопротивления лёгких, т.е сопротивления потоку воздуха эластичных тканей паренхимы лёгкого.

б) неэластического сопротивления лёгких:

= аэродинамического сопротивление бронхов;

= тканевое трение

. инерция газа и тканей

. и 3. - обычно пренебрегают.

Внелёгочные причины:

изменения плевры и средостения

изменения thorax и дыхательных мышц, позвоночника, диафрагмы и т.п.

увеличение объёма органов брюшной полости (например асцит, увеличение печени)

При рестриктивных заболеваниях:

увеличивается эластическое сопротивление лёгких

уменьшается податливость респираторной системы

Податливость респираторной системы - это величина, обратная эластическому сопротивлению лёгких.

Синоним: «динамическая растяжимость лёгких», обозначается С_RS

 

С_RS = V_вд / P_alv

 

V_вд - объём вдоха_alv - давление в альвеолах (внутрилёгочное давление)

Формула показывает, что уменьшение С_RS ведёт к увеличению P_alv

Вывод:

) при рестриктивных заболеваниях увеличивается внутрилёгочное (альвеолярное) давление.

Если P_alv увеличиается только на 10 мм.водн.ст., то Vвдоха уменьшается практически в 2 раза.

) при рестриктивных заболеваниях увеличивается работа дыхания W

) для рестриктивных заболеваний характерно утомление мышц и связанная с этим нервномышечная дыхательная недостаточность.

Работа дыхания направлена на преодоление эластического и неэластического сопротивления и поэтому состоит из двух фракций:

а) неэластической фракции работы дыхания

б) эластической фракции работы дыхания

Различают: - работу дыхания на вдохе W_в W_в = Ptidal / V_вд

- общую работу в мин W W = V_вдx f (f - частота дыхания)

В норме W = 0,2 - 0,3 кгм/мин

Работа дыхания W может увеличиваться за счёт:

а) эластической фракции

б) неэластической фракции

а) Увеличение работы дыхания за счёт эластической фракции

Может быть при рестриктивных заболеваниях.

Рестриктивные заболевания - это такие нарушения вентиляции лёгких, в основе которых лежат внутрилёгочные и внелёгочные причины.

Внутрилёгочные причины: - разрастание в лёгких фиброзной ткани

отёк лёгких различного генеза

увеличение давления в сосудах малого круга

спадение лёгочной ткани (ателектазы)

опухоли, воспаления лёгочной ткани

б) Увеличение работы дыхания за счёт неэластической фракции

Неэластическое сопротивление увеличивается при сужении суммарного прсвета бронхов

Сужение суммарного просвета бронхов называется обструкцией бронхов.

Обструкция бронхов увеличивает неэластическое сопротивление (резистивное)

В норме сопротивление дыхательных путей должно быть не более 1,5 см вод ст

При обструктивной патологии оно значительно выше

Выводы: 1) при обструктивных заболеваниях возрастает неэластическое (резистентное) сопротивление бронхов потоку воздуха (свыше 1,5 м вод ст)

) при обструктивных заболеваниях возрастает работа дыхания W

) при обструктивных заболеваниях развивается ДН за счёт патологии дыхательных путей

 

Практическая часть

 

В работе принимало участие 14 испытуемых, возраст в среднем составляет 18-19 лет, все в здоровом состоянии. 7 испытуемых были наиболее подготовлены к физическим нагрузкам, а другие 7 не очень.

Цель работы: определить жизненную емкость легких в покое и после физической нагрузки, а также оценить функциональное состояние дыхательной системы с помощью пробы Розенталя.

Объект исследования: человек.

Оборудование и материалы: портативный (сухой) спирометр, водяной спирометр, специальный зажим для носа, сменный мундштук, вата, спирт.

Порядок выполнения:

Подготовка портативного спирометра к работе. Повернуть шкалу прибора и установить стрелку напротив «0». Мундштук обработать спиртом, наложить зажим на нос. Измерить величину жизненной емкости легких в положение стоя. Для этого испытуемый должен совершить максимальный вдох, затем максимально выдохнуть, приложив губы к мундштуку. После этого испытуемый подвергается физической нагрузке (бег в течение 25 минут по городу). После нагрузки у испытуемого аналогично измеряют жизненную емкость легких.

Проба Розенталя.

ЖЕЛ измеряется 5 раз с промежутками в 15 секунд.

Результаты:

 

Таблица. Показатели ЖЕЛ у лиц, не подготовленных к физическим нагрузкам

	ЖЕЛ в покое (л)	ЖЕЛ после физической нагрузки (л)
Испытуемый №1	4.2	4.8
Испытуемый №2	4.3	4.8
Испытуемый №3	4.0	4.5
Испытуемый №4	4.3	4.6
Испытуемый №5	3.3	3.8
Испытуемый №6	3.4	3.5
Испытуемый №7	3.8	4.0
Среднее значение	3.9	3.7

 

Таблица. Результаты пробы Розенталя у лиц, не подготовленных к физическим нагрузкам.

	Испытуе мый№1	Испытуе мый№2	Испытуе мый№3	Испытуе мый№4	Испытуе Мый№5	Испытуе мый№6	Испытуе мый№7
1	4.2	4.3	4.0	4.3	3.3	3.4	3.8
2	4.2	4.3	4.0	4.4	3.3	3.4	3.8
3	4.2	4.0	4.0	4.5	3.1	3.2	3.6
4	4.0	4.0	4.0	4.4	3.1	3.2	3.6
5	4.0	3.8	3.9	4.3	3.0	3.2	3.5

 

Таблица. Показатели ЖЕЛ у лиц, подготовленных к физическим нагрузкам

	ЖЕЛ в покое (л)	ЖЕЛ после физической нагрузки (л)
Испытуемый №8	4.0	3.9
Испытуемый №9	5.6	5.4
Испытуемый №10	4.3	4.4
Испытуемый №11	4.6	4.4
Испытуемый №12	4.0	4.1
Испытуемый №13	4.1	4.0
Испытуемый №14	4.5	4.2

 

Результаты пробы Розенталя у лиц, подготовленных к физическим нагрузкам.

 

Таблица

	Испытуе мый№8	Испытуе мый№9	Испытуе мый№10	Испытуе мый№11	Испытуе мый№12	Испытуе мый№13	Испытуе Мый№14
1	4.0	5.6	4.3	4.6	4.0	4.1	4.5
2	4.0	5.7	4.5	4.6	4.0	4.1	4.6
3	4.2	5.7	4.5	4.8	4.0	4.3	4.6
4	4.3	5.9	4.6	4.6	4.3	4.3	4.8
5	4.3	5.9	4.5	4.4	4.3	4.5	4.8

 

Статистическая анализ полученных результатов.

х - среднее арифметическое значение;

δ_х - среднее квадратичное отклонение;

V_x - коэффициент отклонения;

m_x - средняя квадратичная ошибка арифметического значения;

случайной величины

M_xmaxдоверительная вероятность max;

M_xmin доверительная вероятность min.

t_a=2.23 t-критерий Стьюдента.

 

Таблица. Данные по ЖЕЛ у лиц, не подготовленных к физическим нагрузкам.

	х, л	δх	Vx	mx	Mxmax	Mxmin
В покое	3.9	0.38	9.88%	0.13	4.23	3.56
После физической нагрузки	4.21	0.52	12.4%	0.18	4.66	3.76

Таблица. Данные по ЖЕЛ у лиц, подготовленных к физическим нагрузкам

	х	δх	Vx	mx	Mxmax	Mxmin
В покое	4.12	0.52	11.96%	0.18	4.86	3.95
После физической нагрузки	4.00	0.52	13.16%	0.21	4.53	3.47

 

Рис.

 

Рис.

Данные пробы Розенталя в виде линейной диаграммы.

 

Рис.

 

Рис.

 

Выводы

 

Из данных таблицы видно, что у лиц не подготовленных к физическим нагрузкам появились явные изменения после нагрузки, в среднем жизненная емкость легких увеличилась на 0.4 л, а у лиц подготовленных к нагрузкам значительных изменений не выявлено, в среднем 0.02 л.

При проведении же пробы Розенталя, наоборот, мы видим что у лиц не подготовленных к физическим нагрузкам ЖЕЛ к пятому акту дыхания увеличивается, а у подготовленных значительно не изменяется, либо же немного увеличивается. Также данные результаты позволяют судить нам об ограниченных компенсаторных возможностях неадаптированного организма по сравнению с адаптированным.

При проведение исследования я ближе познакомилась с методами определения объемов и емкостей легких, в частности со спирометрией.

Актуальностью данного исследования является то, что измерение параметров дыхания при нагрузке часто дают дополнительную информацию о функции легких. В покое у респираторной системы имеются огромные резервы; вентиляция и легочный кровоток, перенос кислорода и углекислого газа и диффузионная способность при нагрузке могут возрастать в несколько раз.

Часто на ранних стадиях поражения легкие параметры дыхания у больных в покое не отличаются от нормы, однако при нагрузке выявляются патологические изменения, что важно для диагностики заболеваний органов дыхания.

 

 

Список использованной литературы

 

.«Физиология человека» под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса в 3-ех томах (2 том)

.«Нормальная физиология человека» под редакцией академика РАМН Б.И. Ткаченко Москва «Медицина» 2005 г.

.«Физиология человека» под редакцией В.М. Покровского Т.Ф. Коротького 2003 г.

.«Нормальная анатомия человека» И.В. Гайворонский Санкт-Петербург спецлит 2003 г. В 2-ух томах

.Практикум по нормальной физиологии Санкт-Петербург 1993 г.

.«Основы физиологии дыхания» Дж. Уест под редакцией А.М. Генине Издательство «Мир» 1988

.Военно-медицинская статистика: учебник; под ред. В.И. Кувакина, В.В. Иванова. - СПб.: ВМедА, 2005. - 528 с.