Доктор медицинских наук, профессор Э.М. Османов
Доцент Н.Г. Романова

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина

Ключевые слова: адаптация, кислородобеспечивающие системы, физическая нагрузка, экономизация реакций.

Проблема адаптационных перестроек в системах кислородобеспечения является весьма актуальной для студентов, обучающихся в институте физической культуры и спорта, поскольку они систематически испытывают интенсивные умственные и физические нагрузки, и лишь оптимальное их дозирование (с учетом реакций кровообращения и дыхания), особенно в начале обучения на 1-м курсе, позволит достичь высокого физического развития и физической подготовленности выпускников.

Целью данного исследования было выявить особенности адаптационных перестроек кровообращения и дыхания у студентов института физической культуры, занимающихся циклическими видами спорта.

В исследовании принимали участие две группы испытуемых: студенты 1-го курса (1-я группа, 25 человек) и студенты 5-го курса (2-я группа, 23 человека). Исследование проводили в два этапа, в начале и в конце учебного года. На каждом этапе регистрировали основные показатели кровообращения и дыхания: систолическое артериальное давление (САД), диастолическое артериальное давление (ДАД), частоту сердечных сокращений (ЧСС), дыхательный объем (ДО), частоту дыхания (ЧД), минутный объем дыхания (МОД), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), максимальное потребление кислорода (МПК), кроме того, определялась физическая работоспособность по тесту PWC₁₇₀, проводилась проба Штанге с задержкой дыхания на вдохе (ПЗД_вдох), проба Генче с задержкой дыхания на выдохе (ПЗД_выд), а также применяли велоэргометрическую нагрузку мощностью 2 ватта на килограмм массы тела.

Показано, что в начале учебного года выявляются существенные различия в уровне функционирования дыхания и кровообращения у студентов 1-го и 5-го курсов (см. таблицу). Важнейший показатель, характеризующий уровень аэробной производительности - МПК, у студентов старшей группы был на 36% выше, чем у первокурсников, а ЧСС - ниже на 10%. Достоверных различий между группами в уровне систолического и диастолического АД выявлено не было.

У студентов 1-го курса, начинающих систематические тренировки в циклических видах спорта, физическая работоспособность, оцениваемая по тесту PWC₁₇₀, составляла 1115±56,8 кгм/мин, а для пятикурсников - 1520,4±86,2 кгм/мин, прирост - 33%. Изложенное свидетельствует о более высоких резервных возможностях системы кровообращения, о большей ее адаптированности у студентов старшей группы.

Адаптация дыхательной системы также имела определенные особенности: все изучаемые показатели, кроме ЧД, имели положительную динамику.

От 1-го к 5-му курсу ДО изменился на 46% и превысил возрастную норму для нетренированных лиц. Аналогичную динамику имели и значения ЖЕЛ. Если на 1-м курсе среднегрупповая величина составила 3534±218 мл, то к 5-му она приросла на 45% и достигла уровня 5120±126 мл, также превышающего возрастную норму для нетренированных лиц. МОД в отличие от других показателей увеличился не столь выражено (Ä=23%) в связи со снижением ЧД. Предельные возможности легочной вентиляции определялись по показателю максимальной вентиляции легких (МВЛ); при сравнении среднегрупповых значений МВЛ оказалось, что от 1-го к 5-му курсу произошло значительное расширение предельных возможностей дыхательного аппарата (Ä=59%).

Общую динамическую работоспособность человека может характеризовать и степень устойчивости организма к смешанной гиперкапнии и гипоксии. С этой целью проводились функциональные пробы с задержкой дыхания. Устойчивость организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии отражает общее состояния кислородобеспечивающих систем, дает возможность судить о кислородном обеспечении организма и оценивать общий уровень тренированности и адаптированности человека [2, 3, 5, 6]. В нашей работе у всех испытуемых время задержки дыхания на вдохе (проба Штанге) было выше, чем время задержки дыхания на выдохе (проба Генче). От 1-го к 5-му курсу средние значения по первой пробе выросли на 12%, а по второй - на 18%. Таким образом, устойчивость к гиперкапнии и гипоксии в старшей группе была выше, чем у юношей, начинающих обучение в институте физической культуры.

Проведенный анализ деятельности дыхательной системы показал, что у студентов за период обучения существенно прирастают дыхательные объемы и емкости легких, улучшается регуляция дыхания, повышаются резервы дыхательного аппарата, значительно прирастает МВЛ, повышается устойчивость к смешанной гиперкапнии и гипоксии, а, следовательно, организм становится более адаптированным к физическим нагрузкам.

На втором этапе в конце учебного года также анализировались показатели физической работоспособности, результаты деятельности дыхательного аппарата и кровообращения у испытуемых двух изучаемых групп. У студентов 5-го курса сохранялось преимущество по всем изучаемым показателям, но более выраженным оно стало для таких параметров, как ДО, ЧД, МОД, ПЗД_вдох. У студентов 1-го курса в течение изучаемого периода под влиянием физических нагрузок отмечался значительный прирост параметров дыхания, кровообращения, увеличились физическая работоспособность и максимальное потребление кислорода, однако, так же как и на первом этапе исследования, сохранялись достоверные отличия от аналогичных показателей у студентов 5-го курса, у которых период воздействия специфических физических нагрузок был более продолжительным и полученные преимущества в деятельности физиологических систем (за счет адаптационных перестроек) закреплялись и длительное время поддерживались.

Проводился также анализ качественных и количественных преобразований в аппарате дыхания и кровообращения в исходном состоянии и при выполнении велоэргометрической нагрузки. У студентов 5-го курса по сравнению с первокурсниками выявлены определенные качественные и количественные преобразования в дыхательном аппарате. В процессе систематических тренировок дыхание становится более брадипноическим: ЧД снижается до 13±1,3 д.ц./мин, а глубина дыхания возрастает до 900±82 мл. Изменяется также структура дыхательного цикла, происходит увеличение его длительности и относительное укорочение фазы вдоха. У тренированных юношей увеличивается ЖЕЛ и изменяется ее структура преимущественно за счет большего увеличения резервного объема вдоха, чем резервного объема выдоха.

О достигнутых изменениях в системе дыхания можно судить и по некоторым относительным показателям. Так, например, количество выдыхаемого в минуту воздуха на 1 кг массы тела у студентов 1-го курса было в 1,35 раза больше, чем у пятикурсников, т.е. интенсивность вентиляции легких в связи с тренированностью снижается, дыхание становится более экономичным, а следовательно, и более адаптированным.

О большем уровне развития и более совершенной регуляции системы дыхания у юношей старшей группы можно судить и по отношению МОД/ЖЕЛ, так называемому вентиляционному индексу (ВИ), характеризующему степень использования организмом ЖЕЛ в спокойном состоянии. По нашим данным, ВИ в связи с тренированностью уменьшается с 2,57 до 2,16, что свидетельствует о нарастании функциональных возможностей аппарата внешнего дыхания.

Адаптационные изменения в дыхательной системе еще в большей степени проявляются при применении стандартной велоэргометрической нагрузки. При этом для изучения структуры дыхательной функции и принципов ее регуляции, как и в других работах [4, 9], нами использовался анализ отдельных компонентов дыхательного цикла, объемно-временных параметров дыхания, посредством которых регуляторные механизмы реализуют адекватный объем легочной вентиляции. В перестройку уровня вентиляции во время работы вовлекаются все объемно-временные компоненты дыхательного цикла с целью установления более эффективной, чем в покое, альвеолярной вентиляции. При этом увеличивались как частота, так и глубина дыхания, однако сравнительный вклад этих сдвигов и последовательность их проявления в процессе развития вентиляторного ответа на мышечную деятельность были весьма разнообразными. В начальный период работы наибольшие сдвиги МОД (в процентах к исходному уровню) были отмечены у студентов-первокурсников, у которых амплитуда МОД оказалась на 17% выше, чем у более тренированных студентов, обучающихся на 5-м курсе. Однако прирост МОД в этой группе обеспечивался в большей мере нарастанием частотной составляющей, а, следовательно, менее экономичным образом.

Среднегрупповые показатели кровообращения и дыхания у студентов 1-го и 5-го курсов

Показатели	Первый этап			Второй этап
	1-й курс	5-й курс	1-5, %	1-й курс	5-й курс	1-5, %
САД, мм рт.ст.	125±5,0	135±4,1	8	120±4,1	130±3,2	8
ДАД, мм рт.ст.	80±6,1	80±3,4	0	75±5,3	70±4,5	-7
ЧСС, уд/мин	73±3,4	62±5,0	-10*	70±6,2	58±4,8	-18*
ДО, мл	479±52	700±46	46*	590±41	900±82	52*
ЧД, дц/мин	19±1,4	16±1,2	-16*	16±1,1	13±1,3	-20*
МОД, мл	9112±104	11200±112	23*	9440±123	11700±207	24*
ЖЕЛ, мл	3534±218	5120±126	45*	4115±128	5392±216	31*
ПЗДвдох, с	88,6±8,4	100±13,2	12	90,8±8,4	120±12,5	32*
ПЗДвыд, с	38,0±5,6	45±4,2	18	42±4,0	50±3,2	19*
МВЛ, мл	75100±5401	120121±6140	59*	99972±4130	139902±5112	39*
PWC170, кгм/мин	1115±56,8	1520±86,2	33*	1308±103	1610±150	22*
МПК, мл	3380±110	4370±96,5	36*	3880±98,4	4620±108	29*

Примечание. Изменения достоверны по t-критерию Стьюдента (р<0,05).

Анализируя дальнейшую динамику частоты и глубины дыхания на протяжении всего периода физической нагрузки, удалось выявить, что уже через 15-20 с после "включения" нагрузки в группе тренированных юношей начинает лидировать объемный параметр, определяющий поддержание необходимого уровня легочной вентиляции в устойчивом режиме работы.

Во всех группах испытуемых во время велоэргометрической нагрузки отмечался переходный период и устойчивый рабочий период. Переходный период продолжался 2-3 мин, в это время наблюдалось возрастание легочной вентиляции за счет однонаправленных сдвигов ДО и ЧД. В старшей группе устойчивое состояние МОД и его составляющих начиналось уже со 2-й мин мышечной нагрузки, а у первокурсников равновесное состояние для МОД фиксировалось с 3-4-й мин, т.е. более отставленно.

В период выполнения нагрузочного теста наибольшая ЧД была свойственна студентам 1-го курса, ее значения достигали 31±1,4 дц/мин, а для тренированных студентов старшей группы - 25,8±3,0 дц/мин.

При анализе динамики МОД и его составляющих ДО и ЧД во время нагрузки, становится очевидным, что в результате систематических физических тренировок происходит более быстрый переход на новый уровень регулирования дыхательной функции. Аппарат регуляции быстрее включается и переводит функцию дыхания на более экономичный, брадипноический, тип дыхания.

Таким образом, от 1-го к 5-му курсу у студентов института физической культуры нарастают адаптационные признаки в перестройке деятельности дыхательного аппарата. Повышается экономичность и эффективность регуляторных механизмов респираторной системы как в состоянии покоя, так и во время мышечной деятельности, о чем свидетельствует также уменьшение относительной величины МОД, приведенной к массе тела и мощности нагрузки. Выражением экономичности является и улучшение качественных характеристик регулирования легочной вентиляции во время мышечной работы: укорочение переходного периода, быстрая стабилизация устойчивого уровня.

Оценка деятельности системы кровообращения у всех испытуемых производилась в условиях покоя и при велоэргометрической нагрузке. Установлено, что от 1-го к 5-му курсу нарастает экономичность приспособительной деятельности системы кровообращения: увеличивается мощность сердца, отмечается положительное инотропное влияние на работу сердца, улучшается качество регуляции сосудистого тонуса. Одновременно уменьшаются дополнительный выброс крови на каждый ватт нагрузки и относительные величины показателей кровообращения в условиях покоя и стабильного режима нагрузки. Следует отметить, что динамика функций в нашей работе, так же как и в других исследованиях [7, 8], рассматривалась не только как результат, но и как проявление механизма регуляции.

1. Проведенный анализ деятельности кислородобеспечивающих систем и особенностей их регуляции выявил значительные адаптационные перестройки в этих системах в течение одного учебного года у студентов 1-го и 5-го курсов института физической культуры. Показано, что наиболее быстрыми темпами происходило преобразование физиологических систем у студентов 1-го курса по сравнению с пятикурсниками, что, по-видимому, обусловлено достаточным уровнем общей физической подготовленности этих студентов и оптимальной организацией учебного процесса и учебно-тренировочных занятий. У студентов 5-го курса исходно был достигнут определенный уровень адаптированности к физическим нагрузкам и в течение учебного года в основном происходило лишь закрепление полученных ранее результатов.

2. Адаптационные изменения в дыхательной системе выражались в существенном приросте дыхательных объемов и емкостей легких, улучшении регуляции дыхательной функции, снижении ЧД и увеличении объема вдоха (по брадипноическому типу), повышении резервов дыхательного аппарата, приросте МВЛ и повышении устойчивости к смешанной гиперкапнии и гипоксии.

3. Выявлены определенные особенности приспособительной деятельности системы кровообращения. Происходила перестройка механизмов регуляции сердечного ритма, развивалась брадикардия, улучшалось качество регуляции сосудистого тонуса, нарастали экономичность и эффективность системы в условиях покоя и в период мышечной деятельности.

1. Бреслав И.С. Физиология дыхания / И.С. Бреслав. - СПб.: Наука, 1994. - 680 с.

2. Бреслав И.С. Дыхательная сенсорика человека, ее физиологическая роль / И.С. Бреслав // Российский физиологический журнал. - Т. 88. - № 2. - 2002. - С. 257-266.

3. Бурханов А.И. Характеристика функции внешнего дыхания у студентов / А.И. Бурханов, Т.А. Муценко // Гигиена и санитария. - 1997. - № 2. - С. 32-34.

4. Громыко Е.П. Внутри- и межсистемные связи в реализации функции кислородобеспечения в развивающемся организме человека / Е.П. Громыко, Ю.Е. Маляренко, Н.Г. Романова // Интегральная регуляция функций: Тр. Симп. РАН. - Краснодар, 1996. - С. 27.

5. Иржак Л.И. Функциональные пробы для оценки легочного дыхания / Л.И. Иржак, П.В. Поляков // Физиология человека. - 2001. - Т. 27. - № 3. - С. 76-80.

6. Малкин В.Б. Физиологические эффекты произвольной задержки дыхания у детей и подростков / В.Б. Малкин, Е.П. Гора // Физиология человека. - 1998. - Т. 24. -№ 1. - С. 46.

7. Тхоревский В.И. Регуляция кровообращения при мышечной деятельности человека / В.И. Тхоревский // Кровообращение и окружающая среда. - Симферополь, 1983. - С. 154-165.

8. Филкнер Б. Реактивность сердечно-сосудистой системы лиц молодого возраста / Б. Филкнер // Кардиология. - 1996. - № 1 - С. 39-44.

9. Dinse HR.O. Metabolic control of respiratory neuronal activity and accompanying changes in breathing movement of the rabbit / HR.O. Dinse, M. Fallert, G. Bohmer, R.A. Chaplain // Pflugers. Arch. geg. Physiol. 1986. Bd. 365. - P. 69-75.

10. Hoffman J. Physiological Aspects of Sport Training and Performance / J. Hoffman // Human Kinetics. - 2002. - P. 343.

11. Wilmore J.H. Physiology of sport and exercise / J.H. Wilmore, D.L. Costill // Champaign, Illinois: Human Kinetics. - 2004. - 726 p.