Дыхание при физической нагрузке

При физической нагрузке регуляция дыхания не обусловлена исключительно ролью хеморецепторов, поскольку парциальное напряжение 02 в альвеолах повышено относительно нормы в связи с увеличенной вентиляцией, или гиперпноэ, а прирост С02 недостаточен для хеморецепторной стимуляции внешнего дыхания.

При физической нагрузке в мышцах возрастает продукция молочной кислоты, которая стимулирует периферические хеморецепторы дыхания, но основное значение в увеличении вентиляции имеют супрабульбарные входы, которые изменяют активность дыхательного центра продолговатого мозга.
Увеличение дыхания при физической нагрузке проявляется в виде трех фаз: первая фаза гиперпноэ возникает в первые 20 с под влиянием нисходящих двигательных команд от нейронов моторной коры и входов от проприорецепторов сокращающихся мышц; вторая фаза характеризуется медленным (экспотенциальным) приростом вентиляции в результате активации под влиянием нисходящих центральных команд центров варолиева моста, регулирующих дыхание (например, пневмотаксического); третья фаза проявляется относительно постоянным уровнем активации механизмов регуляции легочной вентиляции, которые включают процессы температурного и хеморецепторного контроля внутренней среды организма при физической нагрузке.
Начальная стадия увеличения вентиляции при физической нагрузке обусловлена так называемыми нейрогенными стимулами. Механизм нейрогенной стимуляции вентиляции легких обусловлен афферентными импульсами от рецепторов работающих мышц, центральных двигательных команд моторной коры и двигательных центров ствола мозга. Двигательные команды моторной коры обусловливают специфику вентиляции легких при разных видах физической активности. Дыхание человека в определенной степени может находиться под произвольным (корковым) контролем; человек может прекратить дыхательные движения или, наоборот, увеличить вентиляцию легких (гипервентиляция). Кора больших полушарий головного мозга регулирует паттерн дыхательных движений при речи, пении, занятиях физическими упражнениями, например при плавании, при игре на духовых музыкальных инструментах. Нисходящие двигательные команды от соответствующих областей коры поступают к нейронам дыхательного центра, а по пирамидным трактам в составе боковых столбов — непосредственно к дыхательным мотонейронам сегментов спинного мозга. Непроизвольная стимуляция вентиляции легких при физической нагрузке происходит под влиянием двигательных центров ствола мозга, нисходящие влия-

ния которых в составе бульбоспи- нальных трактов адресованы двигательным нейронам дыхательных мышц в соответствующие сегменты спинного мозга, с помощью которых непосредственно осуществляются регуляция тонуса и сокращение скелетных мышц организма человека. Наряду с корковыми влияниями на прирост вентиляции во время физической нагрузки важную роль выполняет таламический «генератор двигательного паттерна», с помощью которого частота и амплитуда дыхательных движений могут быть включены в определенный ритм движения, например, при плавании или беге.
Физическая нагрузка низкой и средней интенсивности. При физической нагрузке низкой и средней интенсивности, когда потребление 02 (V02) составляет менее 55 % от максимальной скорости этого процесса в организме, V02 и вентиляция легких взаимосвязаны между собой линейно (рис. 10.25). Для обеспечения потребления 1 л 02 в организме при физической нагрузке необходимо увеличение вентиляции легких (VE) на 20—25 л.

Это соотношение называется дыхательным эквивалентом и оно равно 25 : 1 при физической нагрузке низкой и средней интенсивности. В этих условиях у человека из крови в ткани экстрагируется 20—25 % 02, поскольку 25 л вдыхаемого воздуха содержит 5 л кислорода. Для физически тренированных людей максимальная вентиляция легких должна составить порядка 120 л/мин, чтобы обеспечить необходимое потребление 02 в организме, равное порядка 5 л/мин.
Физическая нагрузка высокой интенсивности. Начиная с так называемого анаэробного порога, происходит увеличение дыхательного эквивалента (35—40:1). Интенсивность физической нагрузки, при которой достигается это изменение, представляет собой так называемый дыхательный порог. Дыхательный порог проявляется значительным ростом вентиляции легких, что обусловлено увеличением содержания С02 в плазме крови в результате его высвобождения из бикарбонатного буфера ионами водорода, что соответствует так называемому лактатному порогу. Лактатный порог представляет собой количество потребляемого 02, при котором возрастает концентрация молочной кислоты в плазме крови (более чем на 1 мМ выше уровня покоя), а продукция молочной кислоты в мышцах начинает превышать буферную емкость крови. С этого момента, который соответствует дыхательной компенсаторной точке, у человека начинается второй прирост легочной вентиляции.
При анаэробной физической нагрузке увеличение вентиляции легких вызывают не только центральные двигательные команды и афферентные обратные связи от работающих мышц, но и стимуляция периферических
хеморецепторов снижением pH артериальной крови {молочный ацидоз), увеличение температуры тела (стимулирует дыхательный центр через центр терморегуляции гипоталамуса) и, наконец, увеличение в плазме крови содержания катехоламинов.
Энергетическая стоимость дыхания. В покое дыхательные мышцы человека потребляют примерно 4 % от общего количества 02, потребляемого тканями организма. При физической нагрузке V02 дыхательных мышц возрастает до 8—11 % и более. В этих условиях дыхательные мышцы совершают работу, равную 50 % от их максимальной способности развивать силу сокращения. Физическая тренировка вызывает приспособление вентиляции; при этом максимальная нагрузка линейно увеличивает вентиляцию легких в зависимости от роста V02 у человека. В результате физической тренированности человека у него снижается относительная энергетическая стоимость дыхания за счет увеличения лактатного порога, причем чем выше физическая тренированность человека, тем меньше в работающих мышцах продуцируется ионов Н+, которые инициируют высвобождение С02 из бикарбонатного буфера. Соответственно у тренированных людей меньше выражена хеморецепторная стимуляция дыхания при физической нагрузке.
После прекращения физической нагрузки в первые 20—30 с резко уменьшается вентиляция легких, что обусловлено прекращением двигательных команд со стороны коры головного мозга и двигательных центров ствола мозга. Быстрое начальное уменьшение вентиляции легких переходит в стадию медленного восстановления исходных показателей частоты, глубины и объема легочной вентиляции. В эту стадию в мышцах снижаются потребление кислорода и продукция углекислого газа. Благодаря вентиляции легких происходит нормализация содержания газов в артериальной крови до физиологических величин состояния покоя.

Еще по теме Дыхание при физической нагрузке:

1. 5.8. Нагрузка и отдых как взаимосвязанные компоненты выполнения физических упражнений
2. Дыхание человека при измененном барометрическом давлении воздуха Дыхание человека при пониженном давлении воздуха
3. Функции физиологических систем организма человека при физической работе
4. Образование энергии в скелетных мышцах при физической работе
5. О ратификации Конвенции Совета Европы о защите физических лиц при автоматизированной обработке персональных данных
6. Статья 22.3. Порядок государственной регистрации при прекращении физическим лицом деятельности в качестве индивидуального предпринимателя
7. Физическое здоровье членов семьи. Возможности его восстановления при астме, диабете, гипертонии, ишемической болезни сердца и других заболеваниях
8. (ДОП.) § 68. БЫТОВАЯ РАДИАЦИОННАЯ НАГРУЗКА
9. 4.3. Учебная нагрузка
10. Дозировка слуховой нагрузки
11. Перфузионная сцинтиграфия миокарда с нагрузкой