11. Функциональные изменения дыхания при физической нагрузке. Влияние на дыхание величины барометрического давления.

Значительное возрастание метаболических потребностей во время на­грузки требует существенного увеличения количества доставляемого к мышцам О2. Одновременно повышенное количество СО2, образующегося в интенсивно работающих мышцах, должно быть удалено для предотвра­щения тканевого ацидоза. Для удовлетворения возросших энергетических потребностей мышечной клетки необходима тесная взаимосвязь физиоло­гических компенсаторных механизмов на уровне легких, легочного крово­обращения, сердца и системного кровообращения.

Тесное и синхронное взаимодействие всех звеньев кислородного транс­порта требуется для адекватной доставки О2 к тканям, своевременной эли­минации СО2 и поддержания газового состава артериальной крови при возрастании скорости метаболизма.

При физической нагрузке можно выделить три основные фазы измене­ния дыхания.

В начальную фазу дыхание регулируется проприоцептивными сенсорны­ми нейронами работающих мышц. Вентиляция повышается сразу же по­сле начала нагрузки и зависит от темпа ее нарастания и режима дозиро-вания. В начальной фазе транспорт СО2 несколько отстает от централь­ной стимуляции вентиляционного процесса, приводя к временному па­дению РСО2 в альвеолах.

Изокапническая фаза наступает примерно через минуту после начала ра­боты. Метаболизм преимущественно аэробный, и метаболический аци­доз отсутствует. Гиперкапния в этой фазе играет роль основного стиму­лирующего фактора, вызывающего прирост вентиляции. При работе средней интенсивности, когда организм переходит в устойчивое состояние, газовый состав крови и кислотно-основной баланс почти не откло­няются от нормальных показателей. Вентиляция повышается прямо пропорционально транспорту газов примерно до уровня 70 % максима­льного потребления О2.

В анаэробную фазу транспорт газов не удовлетворяет тканевый метабо­лизм и возникает метаболический ацидоз. При тяжелой физической ра­боте метаболический ацидоз является дополнительным фактором, сти­мулирующим вентиляцию. При максимальном уровне физической на­грузки потребление О2 и продукция СО2 возрастают в 15—20 раз.

В качестве устройства, позволяющего строго дозировать и стандартизи­ровать нагрузку, используют велоэргометр и бегущую дорожку (тредмил). Исследование во время физической нагрузки дает ценную информацию об адаптационных возможностях дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Анаэробный порог (АП) описывает тот уровень нагрузки или потребле­ния О2, при котором значительная часть энергетических потребностей по­крывается за счет анаэробного метаболизма. Основными критериями на­ступления АП при эргоспирометрическом исследовании считают:

• появление опережающего роста минутной вентиляции (Vе) по отноше­нию к потреблению О2 (VО2);

• непропорциональное повышение продукции СО2 (VCO2) по отношению к потреблению О₂ (VO2);

• повышение вентиляционного эквивалента по О2 (V_EO₂) без соответству­ющего повышения вентиляционного эквивалента по СО2 (V_ECO₂);

• повышение конечно-экспираторного напряжения О2 (РеtO2) без соот­ветствующего повышения напряжения СО2 в конце выдоха (РеtСО2).

АП по времени совпадает с падением рН и содержания бикарбонатов. Чаще всего он измеряется в процентах потребления О2 по отношению к должному максимальному. Признаки анаэробного порога обычно появля­ются примерно на уровне 40—60 % от VО2_mах У здоровых лиц. Появление признаков анаэробного порога означает наступление метаболического ограничения выполнения физической нагрузки.

Разница между показателями содержания О2 артериальной и смешан­ной венозной крови — артериовенозная разница по О2 — (А—V)О2 отра­жает часть О2, экстрагированного тканями во время работы, выполняемой в аэробном режиме. С повышением сердечного выброса происходит пере­распределение кровотока к интенсивно работающим мышцам, где экст­ракция О2 повышена. Наряду с увеличением (А—V) О 2 во время работы из­меняются также кривая диссоциации гемоглобина и повышается объем крови в капиллярах мышц. Это способствует сокращению дистанции для диффузии O2 к мышечным клеткам.

Максимальным уровнем физической работоспособности у здорового чело­века считают нагрузку, при которой организм уже не способен потреблять большее количество О₂, несмотря на повышение уровня нагрузки. Показа­тели физической работоспособности у здоровых людей индивидуальны и зависят от пола, возраста, антропометрических, расовых и других факторов.

Дыхание при высоком давлении. Человеку при погружении в воду на большие глубины приходится ис­пытывать повышенное атмосферное давление, которое увеличивается че­рез каждые 10 м глубины на 1 атм. В связи с этим на больших глубинах плотность газов значительно возрастает, что приводит к повышению об­щей работы дыхания и может привести к задержке СО2 в организме (осо­бенно при проведении водолазных работ, связанных с высокой нагруз­кой).

Очень важной проблемой глубинных работ является декомпрессионная болезнь. Причина ее состоит в том, что на глубине парциальное давление азота и его растворимость возрастают, и он начинает накапливаться в тка­нях, особенно жировой. При подъеме, напротив, он медленно удаляется из тканей. Быстрый подъем вызывает образование пузырьков газа (десатурация), и при большом их количестве происходит закупорка сосудов ЦНС. При этом могут отмечаться тяжелые неврологические расстройства — глу­хота, нарушение зрения, а иногда и параличи. Могут отмечаться также си­льные боли в области суставов (кессонная болезнь).

Лечение этих расстройств сводится к повторному помещению больного в среду с высоким давлением, создаваемую в барокамере. Пузырьки газа вследствие их повторного растворения исчезают, что приводит к исчезно­вению симптоматики. Для профилактики кессонной болезни декомпрес­сия должна осуществляться медленно (в течение нескольких часов) в не­сколько этапов. Другим методом профилактики является дыхание кисло­родно-гелиевыми смесями. Механизм профилактического действия смеси заключается в меньшей растворимости и как следствие меньшем накопле­нии гелия по сравнению с азотом, а также в его более высокой диффузи­онной способности.

На больших глубинах (около 40—50 м), помимо описанных выше симп­томов, азот может вызывать эйфорию, подобную тому, которая возникает при наркотическом или алкогольном опьянении. Считается, что это связа­но с повышенной липофильностью (растворимость в жирах) азота