ст.преп., магистр Сүйменова Маржан Кузембаевна

ст.преп., магистр Есеева Лязат Бердибековна

Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга имени Ш.Есенова

ФУНКЦИИ ДЫХАНИЯ

Дыханием называется процесс потребления кислорода и выделения углекислого газа тканями живого организма. Его осуществляют две системы организма: дыхательная и кровеносная. Различают внешнее (легочное) и внутриклеточное (тканевое) дыхание. Внешним дыханием называется обмен воздухом между окружающей средой и легкими, внутриклеточным — обмен кислородом и углекислым газом между кровью и клетками тела (при этом кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ как один из продуктов обмена веществ переходит из клеток в кровь). Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую происходит по законам диффузии под воздействием разницы парциального давления этих газов в сторону из среды с большим парциальным давлением в среду с меньшим парциальным давлением данного газа. В клетках тканей в результате их жизнедеятельности парциальное давление кислорода постоянно стремится к снижению, а в работающих мышцах — может снизиться до нуля.[2]

При таком соотношении парциального давления, кислород в легких через полупроницаемые стенки капилляров переходит в кровь, а из крови — в клетки тканей. Углекислый газ, наоборот, из клеток переходит в кровь, из крови — в полость легких, из легких — в атмосферный воздух. Дыхательный аппарат человека составляют:

♦ воздухоносные пути — носовая полость, трахея, бронхи, которые ветвятся на более мелкие бронхиолы, заканчивающиеся альвеолами (легочными пузырьками);

♦ легкие — пассивная эластичная ткань, в которой насчитывается от 200 до 600 млн альвеол, в зависимости от роста тела;

♦ грудная клетка — герметично закрытая полость;

♦ плевра — пленка из специфической ткани, которая покрывает легкие снаружи и грудную клетку изнутри;

♦ дыхательные мышцы — межреберные, диафрагма и ряд других мышц, принимающих участие в дыхательных движениях, но имеющих основные функции. Механизм дыхания — рефлекторный (автоматический). Циклически повторяющаяся деятельность дыхательного аппарата обусловлена ритмическим возникновением возбуждения в дыхательном центре, расположенном в продолговатом мозге. В покое при вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и мышцы диафрагмы. Они увеличивают объем грудной клетки и благодаря разности давлений легкие заполняются воздухом.

При выдохе мышцы расслабляются и под действием силы тяжести и атмосферного давления объем полости грудной клетки уменьшается, а находящийся в легких воздух выходит наружу. При физической работе в акте вдоха дополнительно участвуют мышцы плечевого пояса и грудного отдела, а при ускорении или усилении выдоха в нем также принимают участие внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса. Дыхательный центр продолговатого мозга связан с высшими отделами ЦНС, поэтому возможна произвольная регуляция дыхания (например, задержка) при разговоре, пении, выполнении физических упражнений и в других случаях.

Показателями работоспособности органов дыхания являются дыхательный объем, частота дыхания, жизненная емкость легких, легочная вентиляция, кислородный запрос, потребление кислорода, кислородный долг и др. Дыхательный объем — количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле (вдох, выдох, дыхательная пауза). Величина дыхательного объема находится в прямой зависимости от степени тренированности к физическим нагрузкам и колеблется в состоянии покоя от 350 до 800 мл. В покое у нетренированных людей дыхательный объем находится на уровне 350-500 мл, у тренированных —800 мл и более.[1]

При интенсивной физической работе дыхательный объем может увеличиваться до 2500 мл. Частота дыхания — количество дыхательных циклов в 1 мин. Средняя частота дыхания у нетренированных людей в покое — 16- 20 циклов в 1 мин, у тренированных за счет увеличения дыхательного объема частота дыхания снижается до 8-12 циклов в 1 мин. У женщин частота дыхания на 1-2 цикла больше. При спортивной деятельности частота дыхания у лыжников и бегунов увеличивается до 20-28 циклов в 1 мин., у пловцов — 36- 45; наблюдались случаи увеличения частоты дыхания до 75 циклов в 1 мин. Жизненная емкость легких — максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после полного вдоха (измеряется методом спирометрии). Средние величины жизненной емкости легких: у не тренированных мужчин — 3500 мл, у женщин — 3000; у тренированных мужчин — 4700 мл, у женщин — 3500. При занятиях циклическими видами спорта на выносливость (гребля, плавание, лыжные гонки и т.п.) жизненная емкость легких может достигать у мужчин 7000 мл и более, у женщин — 5000 мл и более.[3]

Легочная вентиляция — объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин. Легочная вентиляция определяется путем умножения величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое находится на уровне 5000-9000 мл (5-9 л). При физической работе этот объем достигает 50 л. Максимальный показатель может достигать 187,5 л при дыхательном объеме 2,5 л и частоте дыхания 75 дыхательных циклов в 1 мин. Кислородный запрос — количество кислорода, необходимое организму для обеспечения процессов жизнедеятельности в различных условиях покоя или работы в 1 мин. В покое в среднем кислородный запрос равен 200-300 мл. При беге на 5 км, например, он увеличивается в 20 раз и становится равным 5000- 6000 мл. При беге на 100 м за 12 с, при пересчете на 1 мин кислородный запрос увеличивается до 7000 мл. Суммарный, или общий, кислородный запрос — это количество кислорода, необходимое для выполнения всей работы. 60 61 В состоянии покоя человек потребляет 250-300 мл кислорода в 1 мин. При мышечной работе эта величина возрастает. Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить в минуту при определенно-интенсивной мышечной работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК). МПК зависит от состояния сердечнососудистой и дыхательной систем, кислородной емкости крови, активности протекания процессов обмена веществ и других факторов.[4]

Для каждого человека существует индивидуальный предел МПК, выше которого потребление кислорода невозможно. У людей, не занимающихся спортом, МПК равно 2,0-3,5 л/мин, у спортсменов-мужчин может достигать 6 л/мин и более, у женщин — 4 л/мин и более. Величина МПК характеризует функциональное состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем, степень тренированности организма к длительным физическим нагрузкам. Абсолютная величина МПК зависит также от размеров тела, поэтому для ее более точного определения рассчитывают относительное МПК на 1 кг массы тела. Для оптимального уровня здоровья необходимо обладать способностью потреблять кислород на 1 кг массы тела: женщинам не менее 42, мужчинам — не менее 50 мл. Кислородный долг — разница между кислородным запросом и количеством кислорода, которое потребляется во время работы за 1 мин. Например, при беге на 5000 м за 14 мин кислородный запрос равен 7 л/мин, а предел (потолок) МПК у данного спортсмена — 5,3 л/мин; следовательно, в организме каждую минуту возникает кислородный долг, равный 1,7 л кислорода, т.е. такое количество кислорода, которое необходимо для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе. [2]

При длительной интенсивной работе возникает суммарный кислородный долг, который ликвидируется после окончания работы. Величина максимально возможного суммарного долга имеет предел (потолок). У нетренированных людей он находится на уровне 4-7 л кислорода, у тренированных — может достигать 20-22 л. Физическая тренировка способствует адаптации тканей к гипоксии (недостатку кислорода), повышает способность клеток тела к интенсивной работе при недостатке кислорода. Рекомендации по дыханию при занятиях физическими упражнениями и спортом. Дыхательная система — единственная внутренняя система, которой человек может управлять произвольно. Поэтому можно дать следующие рекомендации: а) дыхание необходимо осуществлять через нос, и толь ко в случаях интенсивной физической работы допускается дыхание одновременно через нос и узкую щель рта, образованную языком и нёбом. При таком дыхании воз дух очищается от пыли, увлажняется и согревается, прежде чем поступить в полость легких, что способствует повышению эффективности дыхания и сохранению дыхательных путей здоровыми; б) при выполнении физических упражнений необходимо регулировать дыхание:

♦ во всех случаях выпрямления тела делать вдох;

♦ при сгибании тела делать выдох;

♦ при циклических движениях ритм дыхания приспосабливать к ритму движения с акцентом на выдохе. Например, при беге делать на 4 шага вдох, на 5-6 шагов — выдох или на 3 шага — вдох и на 4-5 шагов — выдох и т.д.

♦ избегать частых задержек дыхания и натуживания, что приводит к застою венозной крови в периферических сосудах. Наиболее эффективно функцию дыхания развивают физические циклические упражнения с включением в работу большого количества мышечных групп в условиях чистого воздуха (плавание, гребля, лыжный спорт, бег и др.). Влияние гипоксии на человека в горах по степени воздействия климатогеографических факторов на человека существующая классификация подразделяет (условно) горные уровни на:

♦ низкогорье — до 1000 м. Здесь человек не испытывает (по сравнению с местностью, расположенной на уровне моря) отрицательного недостатка кислорода даже при напряженной работе;

♦ среднегорье — в пределах от 1000 до 3000 м. Здесь в условиях покоя и умеренной деятельности в организме здорового человека не наступает сколько-нибудь существенных изменений, поскольку организм легко компенсирует недостаток кислорода;

♦ высокогорье — свыше 3000 м. Для этих высот характерно то, что уже в условиях покоя в организме здорового человека обнаруживается комплекс изменений, вызванных кислородной недостаточностью. Если на средних высотах на организм человека воздействует весь комплекс климатр-географических факторов, то на высокогорье решающее значение приобретает недостаток кислорода в тканях организма — так называемая гипоксия. Высокогорье, в свою очередь, может быть условно представлено следующими зонами:

а) зона полной акклиматизации — до 5200-5300 м. В этой зоне благодаря мобилизации всех приспособительных реакций организм справляется с кислородной недостаточностью и проявлением других отрицательных факторов воздействия высоты. Поэтому здесь еще можно рас полагать длительно действующие посты, станции и т.п., то есть жить и работать постоянно;

б) зона неполной акклиматизации — до 6000 м. Здесь, несмотря на ввод в действие всех компенсаторно приспособительных реакций, организм человека уже не может в полной мере противодействовать влиянию высоты. При длительном (в течение нескольких месяцев) пребывании в этой зоне развивается усталость, человек слабеет, теряет в весе, наблюдается атрофия мышечных тканей, резко снижается активность, развивается так называемая высотная детериорация — прогрессирующее ухудшение общего со стояния человека при длительном пребывании на больших высотах; в) зона адаптации — до 7000 м. Приспособление организма к высоте здесь носит непродолжительный, временный характер. Уже при относительно коротком (порядка двух-трех недель) пребывании на таких высотах наступает истощение адаптационных реакций. В связи с этим в организме проявляются отчетливые признаки гипоксии;

г) зона частичной адаптации — до 8000 м. При пребывании в этой зоне в течение 6-7 дней организм не может обеспечить необходимым количеством кислорода даже наиболее важные органы и системы. Поэтому их деятельность частично нарушается. Так, пониженная работоспособность систем и органов, ответственных за восполнение энергетических затрат, не обеспечивает восстановление сил, и деятельность человека в значительной мере происходит за счет резервов. На таких высотах происходит сильное обезвоживание организма, что также ухудшает его общее состояние;

д) предельная (летальная) зона — свыше 8000 м. Постоянно утрачивая сопротивляемость к действию высоты, человек может находиться на этих высотах за счет внутренних резервов только крайне ограниченное время, порядка 2-3 дней. Приведенные величины высотных границ зон имеют, разумеется, средние величины. Индивидуальная переносимость, а также ряд факторов, изложенных ниже, могут изменять указанные величины для каждого горовосходителя на 500-1000 м. Приспособление организма к высоте зависит от возраста, пола, физического и психического состояния, степени тренированности, степени и продолжительности кислородного голодания, интенсивности мышечных усилий, наличия высотного опыта. Большую роль играет и индивидуальная устойчивость организма к кислородному голоданию. Предшествовавшие заболевания, неполноценное питание, недостаточный отдых, отсутствие акклиматизации значительно снижают устойчивость организма к горной болезни — особому состоянию организма, наступающему при вдыхании разреженного воздуха. [2]

Большое значение имеет быстрота набора высоты. Перечисленными условиями объясняется то, что одни люди ощущают некоторые признаки заболевания горной болезнью уже на относительно небольших высотах — 2100-2400 м, другие бывают 64 1 Физическая культура 65 устойчивы к ним до 4200-4500 м, но при подъеме на высоты 5800—6000 м признаки горной болезни, выраженные в различной степени, проявляются почти у всех людей. На развитие горной болезни воздействуют также некоторые климатогеографические факторы: усиленная солнечная радиация, низкая влажность воздуха, продолжи-( тельные низкие температуры и резкий их перепад ночью и днем, сильные ветры, степень электризации атмосферы. Поскольку эти факторы зависят, в свою очередь, от широты местности, удаленности от водных пространств и тому подобных причин, то одна и та же высота в различных горных районах страны оказывает на одного и того человека различное влияние. Например, на Кавказе, признаки заболевания горной болезнью могут проявляться уже на высотах 3000-3500 м, на Алтае, Фанских горах и Па-миро-Алтае — 3700- 4000 м, Тянь-Шане — 3800-4200 м и Памире — 4500-5000 м. Горная болезнь может проявляться внезапно, особенно в тех случаях, когда человек за короткий промежуток времени значительно превысил границы своей индивидуальной переносимости, испытал чрезмерное перенапряжение в условиях кислородного голодания. Однако чаще всего горная болезнь развивается постепенно. На первых этапах развития болезни не требуется специальных мер излечения. Чаще всего после активной работы и полноценного отдыха симптомы болезни исчезают — это свидетельствует о наступлении акклиматизации. Иногда болезнь продолжает прогрессировать, переходя во вторую стадию — хроническую. Симптомы ее такие же, но выражены в значительно более сильной степени: головная боль может быть крайне острой, сильнее проявляться сонливость, сосуды кистей рук переполнены кровью, возможно носовое кровотечение, резко выражена одышка, грудная клетка становится широкой, бочкообразной, наблюдается повышенная раздражительность, возможна потеря сознания. Эти признаки говорят о серьезном заболевании и необходимости срочной транспортировки больного вниз. Иногда перечисленным проявлениям болезни предшествует стадия возбуждения (эйфории), очень напоминающая алкогольное опьянение. Механизм развития горной болезни связан с недостаточным насыщение крови кислородом, что сказывается на функциях многих внутренних органов и систем. Из всех тканей организма нервная — наиболее чувствительна к кислородной недостаточности.[3]

У человека, попавшего на высоту 4000-4500 м и склонного к заболеванию горной болезнью, в результате гипоксии сначала возникает возбуждение, выражающееся в появлении чувства самодовольства и собственной силы. Он становится веселым, говорливым, но при этом теряет контроль над своими действиями, не может реально оценить обстановку. Через некоторое время наступает период депрессии. Веселость сменяется угрюмостью, сварливостью, далее драчливостью, а то еще более опасными приступами раздражительности. Многие из таких людей во сне не отдыхают: сон беспокоен, сопровождается фантастическими сновидениями, носящими характер дурных предчувствий. На больших высотах гипоксия оказывает более серьезное воздействие на функциональное состояние высших нервных центров, вызывая притупление чувствительности, нарушение правильности суждения, потерю самокритичности, интереса и инициативы, иногда потерю памяти. Заметно уменьшается скорость и точность реакции, в peзультате ослабления процессов внутреннего торможения расстраивается координация движений. Появляется психическая и физическая депрессия, выражающая в замедленности мышления и действий, заметной потере интуиции и способности к логическому мышлению, изменении условных рефлексов. Однако при этом человек считает, что его сознание не только ясно, но и необычно остро. Он 66 67 продолжает делать то, чем занимался до серьезного воздействия на него гипоксии, несмотря на подчас опасные последствия своих поступков. У заболевшего может появиться навязчивая идея, чувство абсолютной правильности своих доступ ков, нетерпимости к критическим замечаниям, а это, если в таком состоянии окажется руководитель группы — человек, отвечающий за жизнь других людей, становится особенно опасным. Замечено, что под влиянием гипоксии люди часто не делают никаких попыток выйти из явно опасной ситуации. Важно знать, какие наиболее распространенные изменения в поведении человека происходят на высоте под воздействием гипоксии. По частоте возникновения эти изменения располагаются в следующей последовательности:

♦ несоизмеримо большие усилия при выполнении задания;

♦ более критическое отношение к другим участникам путешествия;

♦ нежелание выполнять умственную работу;

♦ повышенная раздражительность органов чувств;

♦ обидчивость;

♦ раздражительность при замечаниях по работе;

♦ трудность в концентрации внимания;

♦ замедленность мышления;

♦ частое, навязчивое возвращение к одной и той же теме;

♦ трудность запоминания.

В результате гипоксии может нарушиться и терморегуляция, из-за чего в отдельных случаях при низкой температуре снижается выработка организмом тепла и в то время повышаются его потери через кожу. В этих условиях человек, заболевший горной болезнью, более подвержен охлаждению, чем другие участники путешествия. В других случаях возможно проявление озноба и повышение температуры тела на 1-1,5° С. Гипоксия оказывает влияние и на многие другие органы и системы организма.[3]

Органы дыхания. Если в состоянии покоя человек на высоте не испытывает одышки, недостатка воздуха или затруднения дыхания, то при физической нагрузке в высотных условиях все эти явления начинают заметно ощущаться. Например, один из участников восхождения на Эверест на каждый шаг на высоте 8200 метров делал 7-10 полных вдохов и выдохов. Но даже и при таком медленном темпе передвижения он отдыхал до двух минут через каждые 20-25 метров пути. Другой участник восхождения за один час движения при нахождении на высоте 8500 метров поднялся по достаточно легкому участку на высоту около 30 метров. Работоспособность. Общеизвестно, что любая мышечная деятельность, и особенно интенсивная, сопровождается повышением кровоснабжения работающих мышц. Однако, если в условиях равнины необходимое количество кислорода организм может обеспечить сравнительно легко, то с подъемом на большую высоту, даже при максимальном использовании всех приспособительных реакций, снабжение мышц кислородом осуществляется непропорционально степени мышечной активности. В результате такого несоответствия развивается кислородное голодание, а недоокисленные продукты обмена веществ накапливаются в организме в избыточных количествах. Поэтому работоспособность человека с увеличением высоты резко снижается. Так на высоте 3000 м она составляет 90%, на высоте 4000 м — 80%, 5500 м — 50%, 6200 м — 33% и 8000 м — 15-16% от максимального уровня работы, произведенной на высоте уровня моря. Даже по окончании работы, несмотря на прекращение мышечной деятельности, организм продолжает находиться в напряжении, потребляя некоторое время повышенное количество кислорода для того, чтобы ликвидировать кислородную задолженность. Следует отметить, что время, в течение которого ликвидируется эта задолженность, зависит не только от интенсивности и продолжительности мышечной работы, но и от степени тренированности человека. Второй, хотя и менее важной причиной снижения работоспособности организма является перегрузка системы дыхания. Именно дыхательная система за счет своей деятельности до определенной поры может компенсировать резко возрастающий кислородный запрос организма в условиях разреженной воздушной среды.[4]

Однако возможности легочной вентиляции имеют свой предел, которого организм достигает раньше, чем возникает предельная работоспособность сердца, чем снижается до минимума необходимое количество потребляемого кислорода. Такие ограничения объясняются тем, что понижение парциального давления кислорода приводит к усилению легочной вентиляции, а следовательно, и к усиленному «вымыванию» из организма С02. Но уменьшение парциального давления С02 снижает активность деятельности дыхательного центра и тем самым ограничивает объем легочной вентиляции. На высоте легочная вентиляция достигает предельных величин уже при выполнении средней для обычных условий нагрузки. Поэтому максимальное количество интенсивной работы за определенное время, которую альпинист, турист может выполнить в условиях высокогорья, меньше, а восстановительный период после работы в горах длиннее, чем на уровне моря. Однако при длительном пребывании на одной и той же высоте (до 5000-5300 м) за счет акклиматизации организма уровень работоспособности повышается.[1]

Система пищеварения. На высоте значительно изменяется аппетит, уменьшается всасывание воды и питательных веществ, выделение желудочного сока, изменяются функции пищеварительных желез, что приводит к нарушению процессов пищеварения и усвоения пищи, особенно жиров. В результате человек резко теряет вес. Так, в период одной из экспедиций на Эверест альпинисты, прожившие на высоте более 6000 м в течение 6-7 недель, потеряли в весе от 13,6 до 22,7 кг. На высоте человек может ощутить мнимое чувство полноты желудка, распирание в подложечной области, тошноту, поносы, не поддающиеся медикаментозному лечению.[4]

ЛИТЕРАТУРЫ

1. Амосов Н.М., Муравов И Я, Сердце и физические упражнения. М., 1985.

2. Гулько Я.Н. Социально-биологические основы физической культуры. М., 1994.

3. Вайнбаум Я.С Гигиена физического воспитания: Учеб. пособие для студентов фак. физ. восп. мед. институ тов. М., 1986.

4. Моеендович М.Р. Достижение теории и практики учения о моторно-висцеральных рефлексах. Вильнюс, 1972.