Functional characteristics of respiratory muscles of sportsmen of various specializations and qualifications

Практические аспекты использования в процессе специальной подготовки человека к экстремальным условиям профессиональной и спортивной деятельности различных тренирующих воздействий на дыхательную систему обусловливает интерес к выяснению влияния на функциональные характеристики дыхательных мышц привычной специфической, в частности спортивной, деятельности.

Функциональные возможности организма всегда специфичны. Для морфофункциональной специализации организма в ходе многолетней тренировки характерны два взаимосвязанных процесса - развитие в требуемом направлении функциональных возможностей локомоторного аппарата и физиологических систем, поддерживающих его повышенную двигательную активность, и формирование целесообразного взаимодействия между всеми функционально активными системами, обеспечивающего высокий уровень специальной работоспособности [ 7 ].

Установлено, что функциональный резерв кардиореспираторной системы находится в определенной зависимости от характера направленности тренировочного процесса, т.е. спортивной специализации. Отмечается, что систематические тренировки спортсменов ведут не только к экономизации функций органов и систем органов, но и одновременно вызывают относительное увеличение объема тех функциональных резервов, которые обеспечивают выполнение специфической для каждого вида спорта физической работы [ 1 ].

В этой связи нам представляется весьма возможным наличие определенной взаимосвязи между характером привычной специфической деятельности спортсменов и уровнем развития функциональных возможностей дыхательной мускулатуры, что и обусловило цель настоящего исследования - выяснить зависимость функциональных возможностей дыхательных мышц от характера привычной специфической мышечной деятельности спортсменов и степени их подготовленности.

Методика

Пневмоманометрия - измерение максимальной силы дыхательных мышц на вдохе и выдохе (ПМ вд. и ПМ выд.). Измерение силы дыхательных мышц производилось в изометрическом режиме при помощи пневмоманометра.

Пневмотахометрия (ПТ вд. и ПТ выд.). - измерение максимальной объемной скорости дыхательных потоков на вдохе и выдохе осуществляли пневмотахометрическим методом с использованием пневмотахометра Вотчала.

Определение времени простой двигательной реакции скелетной мускулатуры (ВДР рука) осуществлялось при помощи хронорефлексометра типа ХРМ-01.

Определение времени простой двигательной реакции дыхательных мышц (ВДР вдох и ВДР выдох) осуществлялось при помощи «Спирорефлексометра» [ 6 ], созданного на базе хронорефлексометра типа ХРМ-01, дополненного специальным датчиком ВДР дыхательных мышц, обеспечивающим измерение ВДР инспираторных и экспираторных мышц.

Функциональные возможности дыхательной мускулатуры у спортсменов различной специализации

В целом ряде работ имеются сведения о влиянии специфики привычной деятельности на характер (паттерн) дыхания человека, чувствительность к гиперкапнии и гипоксии, например у водолазов и спортсменов [ 13 ]. Известно, что у спортсменов вообще, и у пловцов в частности, с ростом подготовленности и спортивной квалификации происходит изменение базального паттерна дыхания, оно становится более редким и более глубоким [ 8 ]. В специальных исследованиях установлены различия в точности произвольного контроля дыхательными движениями у спортсменов различной специализации. Отмечается, что наибольшая точность воспроизведения дыхательного объема обнаруживается у пловцов. Несколько менее точны в воспроизведении заданных величин дыхательного объема гимнасты. В группе легкоатлетов ошибка воспроизведения дыхательного объема оказывается больше, чем у пловцов и гимнастов. Самая низкая точность была обнаружена в группе боксеров [ 10, 11 ].

Исходя из этого, вполне возможно предположение о влиянии привычной специфической деятельности и на функциональные показатели дыхательной системы, в частности дыхательных мышц.

С целью выяснения наличия или отсутствия различий в функциональных возможностях дыхательной мускулатуры спортсменов разных спортивных специализаций, нами был осуществлен сравнительный анализ величин показателей времени двигательной реакции инспираторных и экспираторных мышц у боксеров, футболистов, легкоатлетов-бегунов и пловцов. Скоростно-силовые возможности дыхательной мускулатуры оценивались в трех группах спортсменов: у пловцов, бегунов и футболистов.

Все обследованные спортсмены были приблизительно одного возраста (17-25 лет) и одного уровня подготовленности (I спортивный разряд – мастера спорта).

В таблице 1 представлены средние величины времени двигательной реакции инспираторных и экспираторных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители у представителей четырех различных спортивных специализаций. Кроме того, для сравнения измерялись величины ВДР мышц правой руки, также в ответ на световой и звуковой раздражители.

Из представленных данных следует, что наименьшие величины ВДР дыхательной мускулатуры, как инспираторов, так и экспираторов, отмечаются у представителей специализации бокс. Эти различия статистически достоверны в большинстве позиций (см. табл. 1).

Наибольшие величины ВДР дыхательных мышц наблюдаются у футболистов. Различия по сравнению с представителями других спортивных специализаций достоверны по большинству показателей.

Бегуны и пловцы по средней величине показателей ВДР дыхательной мускулатуры находятся на промежуточном месте. Показатели ВДР в этих группах, представителей циклических видов спорта, весьма схожи по величине и не существенно различаются между собой (P > 0,05).

Таблица 1

Время двигательной реакции дыхательной и скелетной мускулатуры у спортсменов различной специализации (x±m)

Показатели	Спортивная специализация				Достоверность различий
	Бокс (n = 6)	Футбол (n = 14)	Бег (n = 29)	Плавание (n=13)	нн	д	>	д	>	>
	I	II	III	IV
Инспирация – свет, мс	0,268 ±0,013	0,308 ±0,009	0,291 ±,005	0,304 ±0,009	+	-	+	-	-	-
Инспирация – звук, мс	0,209 ±0,010	0,260 ±0,010	0,232 ±0,005	0,234 ±0,007	+	+	+	+	+	-
Экспирация – свет, мс	0,296 ±0,013	0,335 ±0,013	0,302 ±0,007	0,302 ±0,009	+	+	+	+	+	-
Экспирация – звук, мс	0,220 ±0,013	0,299 ±0,013	0,239 ±0,007	0,240 ±0,010	+	-	-	+	+ -
Рука-свет, мс	0,185 ±0,005	0,222 ±0,008	0,206 ±0,006	0,191 ±0,005	+	+	-	-	-	-
Рука-звук, мс	0,133 ±0,005	0,169 ±0,007	0,145 ±0,005	0,139 ±0,005	+	-	-	+	+	-

Примечание: Здесь и далее « + » - различия достоверны между исследуемыми группами при P < 0,05.

Следует отметить, что величины ВДР скелетной мускулатуры в исследуемых группах спортсменов, соотносятся аналогично показателям ВДР дыхательных мышц.

В таблице 2 представлены средние величины показателей скоростно-силовых возможностей дыхательной мускулатуры у спортсменов трех различных спортивных специализаций, полученных посредством методов пневмоманометрии и пневмотахометрии.

Из представленных данных можно видеть, что наибольшие величины силы дыхательной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной наблюдаются у представителей циклических видов спорта – плавания и бега. При этом у пловцов отмечаются наибольшие показатели силы, хотя они достоверно и не различаются с показателями бегунов.

Объяснение этого обстоятельства состоит, по-видимому, в том, что представители плавания и бега, во время тренировочной и соревновательной деятельности осуществляют весьма длительное время поддержание легочной вентиляции на высоком уровне. Это, в свою очередь, обусловливает необходимость длительной мощной работы дыхательной мускулатуры. Высокие показатели силовых возможностей дыхательных мышц спортсменов в циклических видах спорта являются следствием адаптации аппарата внешнего дыхания, и в частности респираторной мускулатуры, к такой работе.

Анализ величин максимальных инспираторных и экспираторных потоков обнаруживает некоторое преобладание первых над вторыми у спортсменов всех специализаций. Это вполне согласуется с литературными данными. Было показано, что если у лиц, не занимающихся спортом, объемная скорость выдоха несколько преобладает над объ- емной скоростью вдоха, то у спортсменов, наоборот, мощность вдоха больше, чем мощность выдоха [ 8, 9 ].

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что наибольшие величины силы дыхательной мускулатуры обнаруживается у пловцов. Это вполне объяснимо, так как представители плавания при выполнении специфической тренировочной и соревновательной работы осуществляют легочную вентиляцию в условиях водной среды, которая обусловливает повышенное гидродинамическое давление на грудную клетку, и как следствие, дополнительную нагрузку на дыхательную мускулатуру [ 8, 9, 12 ]. Показано, что представители динамических видов спорта способны показывать большие величины пиковой легочной вентиляции, по сравнению с представителями статических видов спорта. Установлено, что именно плавательная тренировка способствует увеличению силы и выносливости дыхательной мускулатуры [ 9 ].

Таблица 2

Скоростно-силовые параметры дыхательной мускулатуры у спортсменов различной специализации (x±m)

Показатели	Спортивная специализация			Достоверность различий
	Плавание (n = 35)	Бег (n = 20)	Футбол (n = 22)	Д	д	д
	I	II	III
ПМ вдох, мм рт. ст.	128,7±8,9	118,5±6,3	100,1±6,1	-	+	+
ПМ выдох, мм рт. ст.	171,3±7,3	153,8±4,9	141,4±7,9	-	+	-
ПТ вдох, л/с	6,62±0,25	5,82±0,22	5,77±0,12	+	+	-
ПТ выдох, л/с	5,43±0,12	5,63±0,13	5,51±0,12	-	-	-

Еще один момент заслуживает особого внимания. У пловцов, по сравнению с представителями легкой атлетики (бег) и футбола, весьма существенно (P < 0,05) выше величина максимальной скорости инспираторного потока (ПТ вд.). В то же время, величина максимальной скорости экспираторного потока (ПТ выд.) у пловцов не отличается от таковой, наблюдаемой у представителей легкой атлетики и футбола. Надо отметить, что это не случайно, и объяснение этому состоит в том, что условия биомеханики движения при плавании вынуждают пловцов совершать быстрый, мощный вдох в течение 0,25 – 0,5 с, на протяжении которых пловцы вдыхают около 2 - 3 литров воздуха [ 8, 9, 12 ]. Вследствие этого мощный вдох «взрывного» характера становится непременным условием высокой техники плавания и необходимым компонентом производительности дыхательной системы. Выдох, наоборот, осуществляется медленно и несравненно продолжительнее вдоха [ 9 ]. Таким образом, весьма значительное превосходство пловцов по показатели скорости максимальной инспираторного потока, является результатом приспособления биомеханики дыхания и инспираторных мышц к весьма специфическому характеру акта дыхания при плавании.

Зависимость функциональных показателей дыхательной мускулатуры от степени подготовленности (квалификации) спортсменов

Уже достаточно давно показано, что систематические занятия спортом благотворно воздействуют на развитие аппарата дыхания и эффективность функционирования составляющих его звеньев: воздухоносных путей, легких, а также дыхательных мышц, обеспечивающих при мышечной работе соответствующий режим вентиляции и оптимальные условия для газообмена [ 2, 4, 8, 9 ]. В особенности это касается предста- вителей циклических видов спорта с преимущественным проявлением выносливости, например пловцов [ 2, 8, 9 ].

Вполне понятно, что с ростом тренированности у спортсменов существенно увеличиваются показатели респираторной функции, и в частности функциональные возможности респираторной мускулатуры. Так показано, что у пловцов с ростом квалификации весьма существенно возрастают пневмотахометрические и пневмоманометриче-ские показатели, соответственно от 2,4-2,5 до 6,4-8,5 л/с и от 85,4-92,7 до 158,9-192,0 мм рт.ст. от новичков до мастеров спорта [ 8 ].

В литературе отмечается исключительно высокая степень связи времени двигательной реакции скелетной мускулатуры с уровнем квалификации спортсменов [ 12 ].

Что касается данных, относящихся к времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры, то нам удалось обнаружить только единичную работу по этому вопросу [ 5 ], где показано, что с ростом подготовленности спортсменов ВДР дыхательной мускулатуры пропорционально уменьшается.

С целью выяснения зависимости ВДР дыхательной мускулатуры от степени подготовленности спортсменов, было проведено исследование с участием спортсменов различной квалификации от III спортивного разряда до мастеров спорта. Для контроля параллельно осуществлялось измерение и анализ величин ВДР мышц руки. Все испытуемые были разделены на две группы: первую составили бегуны III-II спортивного разряда (n = 15), вторую бегуны от I разряда до мастеров спорта (n = 13). Результаты, полученные в этой серии исследований, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Время двигательной реакции скелетной и дыхательной мускулатуры у спортсменов-бегунов различной подготовленности, мс (x±m)

Показатели	III-II разряд (n = 15)	I разряд - МС (n = 13)	Достоверность различий
Инспирация – свет, мс	0,308±0,005	0,278±0,006	+
Инспирация – звук, мс	0,243±0,005	0,225±0,007	+
Экспирация – свет, мс	0,321±0,008	0,291±0,009	+
Экспирация – звук, мс	0,249±0,010	0,231±0,007	+
Рука-свет, мс	0,223±0,012	0,197±0,007	+
Рука-звук, мс	0,150±0,006	0,143±0,006	-

Контрольные измерения ВДР скелетных мышц руки в ответ на свет и звук показали определенную зависимость ее величины от уровня подготовленности легкоатлетов-бегунов. С ростом квалификации спортсменов время двигательной реакции скелетных мышц уменьшается и весьма значительно для выбранных групп. Это не согласуется с данными приведенными в литературе [ 12 ].

Объяснить это возможно, вероятно, тем, что у более квалифицированных спортсменов более совершенные механизмы управления движениями со стороны центральной нервной системы, являющиеся следствием ее лучшего функционального состояния в целом и нервных центров, управляющих двигательными актами, в частности.

Аналогичная картина обнаружилась и при анализе величин ВДР дыхательной мускулатуры. Здесь также обнаружилась зависимость ВДР (как на световой, так и на звуковой стимулы) от уровня квалификации, как инспираторных, так и экспираторных мышц, при значимости различий равной Р < 0,05.

Это обстоятельство вполне объяснимо, так как управление дыхательной мускулатурой осуществляется теми же нейрофизиологическими механизмами, что и управление скелетными мышцами [ 3 ].

Таким образом, обнаружилась вполне определенная прямая зависимость ВДР как скелетных, так и дыхательных мышц от степени подготовленности (квалификации) спортсменов бегунов.

Скоростно-силовые параметры дыхательной мускулатуры изучались нами в трех группах пловцов, различавшихся по возрастно-квалификационным показателям. Первую группу составили юные пловцы (7-9 лет), имевшие юношеские разряды. Во вторую вошли пловцы в возрасте 13-16 лет со спортивной подготовленностью на уровне III-II спортивных разрядов. Пловцы 17-20 лет с квалификацией от I спортивного разряда до мастеров спорта образовали третью группу. Результаты измерения изучаемых показателей дыхательных мышц представлены в таблице 4.

Таблица 4

Скоростно-силовые параметры дыхательной мускулатуры у спортсменов-пловцов различной подготовленности (x±m)

Показатели	III-I юн. разряд (n = 19)	III-II разряд (n = 56)	I разряд – МС (n = 35)	Достоверность различий
	I	II	III	I-II	I-III	II III
ПМ вдох, мм рт. ст.	42,6±2,8	90,8±4,3	128,7±8,9	+	+	+
ПМ выдох, мм рт. ст.	75,8±6,6	142,5±5,9	171,3±7,3	+	+	+
ПТ вдох, л/с	2,51±0,07	5,03±0,18	6,62±0,25	+	+	+
ПТ выдох, л/с	2,42±0,06	4,23±0,11	5,42±0,12	+	+	+

Представленные данные со всей очевидностью показывают прогрессивное увеличение силы и скоростных возможностей дыхательной мускулатуры у спортсменов с ростом подготовленности. Все изучаемые показатели статистически достоверно возрастают от одной квалификационной группы к другой (P < 0,05).

Заключение

Полученные результаты показали, что наименьшие величины ВДР дыхательной мускулатуры, как инспираторов, так и экспираторов, отмечаются у представителей специализации бокс. Наибольшие величины ВДР дыхательных мышц наблюдаются у футболистов. Различия по сравнению с представителями других спортивных специализаций также достоверны по большинству показателей. Бегуны и пловцы по средней величине показателей ВДР дыхательной мускулатуры находятся на промежуточном месте. Показатели ВДР в этих группах, представителей циклических видов спорта, весьма схожи по величине и не существенно различаются между собой (P > 0,05).

Наибольшие величины силы дыхательной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной наблюдаются у представителей циклических видов спорта – плавания и бега. При этом у пловцов отмечаются наибольшие показатели силы, хотя они достоверно и не различаются с показателями бегунов.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что у пловцов, по сравнению с представителями других спортивных специализаций, весьма существенно выше величина максимальной скорости инспираторного потока, что обусловливается биомеханикой движений при плавании, когда пловцы вынуждены совершать быстрый, мощный вдох. Вследствие этого и наблюдается превосходство пловцов по показателям скорости максимальной инспираторного потока.

Анализ показателей функциональных возможностей дыхательной мускулатуры у спортсменов различной квалификации показал прямую зависимость времени двигательной реакции, силы и скоростно-силовых возможностей дыхательной мускулатуры от уровня их подготовленности.