Specifics of physiological mechanisms of gas exchange regulation in the lungs of swimmers of different ages

Методы. В исследованиях приняли участие 75 пловцов мужского пола в возрасте от 9 до 16 лет, которые были разделены на 3 группы: 9-10 лет, n=25 (этап начальной подготовки, юношеские разряды), 11-13, n=25 (этап предварительной базовой подготовки, взрослые разряды) и 14-16 лет, n=25 (этап специализированной базовой подготовки, взрослые разряды и КМС). Газовый анализ выдыхаемого воздуха проводили с помощью радиоизмерительного газоанализатора типа ПГА-КМ (для анализа кислорода) и электрохимического оптического газоанализатора ПГА-ДУМ (для анализа двуокиси углерода). Определяли следующие показатели: парциальное давление кислорода в выдыхаемом воздухе (РЕО2, мм рт.ст.), парциальное давление двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе (РЕСО2, мм рт.ст.), коэффициент утилизации кислорода (∆FО2, об.%), потребление кислорода (VO2, мл/мин), выделение двуокиси углерода (VCO2, мл/мин), дыхательный коэффициент (R, усл.ед.), вентиляторный эквивалент по кислороду (ВЭО2, усл. ед.), кислородную стоимость дыхательного цикла (VO2/f, мл/мин/цикл). Для нивелирования влия- ния на показатели функционального состояния легких ряда величин и внутренних факторов показатели газов приводили к условиям STPD (учитывалась температура воздуха, окружающее атмосферное давление, насыщение водяными парами). Исследования проводили в исходном состоянии и при выполнении стандартного велоэргометрического теста ступенчато-возрастаю-щей нагрузки, где предусматривалось выполнение не менее 3 минут работы в следующих режимах (W): аэробный (W1, ЧСС – 130-140 уд/мин), аэробно-анаэробный (W2, ЧСС – 150-160 уд/мин), анаэробно-аэробный (W3, ЧСС – 170-180 уд/мин), анаэробный гликолитический (W4, ЧСС – выше 180 уд/мин). Режимы работы моделировались путем подбора мощности нагрузки (Вт) с учетом возраста и массы тела испытуемых. Полученный цифровой материал обрабатывался на персональном компьютере с использованием пакета программ STATISTICA 10.0. Проверка соответствия статистических данных закону нормального распределения проводилась с помощью критерия Шапиро-Уилка. Далее вычисляли среднее значение исследуемых величин и ошибку среднего арифметического. Статистически значимые различия определялись с помощью t-критерия Стьюдента, значимые различия считались при р<0,05. Исследование проведено на подготовительном этапе круглогодичного тренировочного процесса при добровольном информированном согласии.

Результаты. Эффективность регуляции газообменных процессов определяли по концентрации основных респираторных газов в пробах выдыхаемого воздуха. Результаты показали, что усиление вентиляторной реакции при выполнении нагрузочного теста сопровождалось повышением интенсивности газообмена в легких у пловцов всех возрастных групп. В группе 9-10 лет потребление кислорода возрастало в линейной зависимости от интенсивности режима работы (таблица 1). Если в исходном состоянии кислородный запрос организма составил 431,8±24,7 мл/мин, то при высокоинтенсивной работе в режиме W₄ запрос в кислороде увеличился до 2235,7±52,6 мл/мин (p<0,01). Пропорционально интенсивности потребления кислорода возрастала и интенсивность выделения двуокиси углерода, которая на последней ступени нагрузочного теста составила 1765,4±42,1 мл/мин (p<0,01).

Тем не менее повышение метаболических трат не способствовало изменению дыхательного коэффициента, величина которого оставалась фактически одинаковой на всех ступенях нагрузочного тестирования. Одним из важнейших компонентов усиления газообмена в легких является повышение утилизации кислорода. Увеличение газообменной поверхности легких, в связи со значительным повышением объема альвеолярной вентиляции, обеспечивало повышение величины утилизации кислорода с 3,62±0,42 об.% в исходном состоянии до 4,76±0,29 об.% (p<0,05) при высокоинтенсивной физической работе. Также изменялось и парциальное давление основных респираторных газов в пробах выдыхаемого воздуха. Рост метаболических

Таблица 1

Примечание: * – различия достоверны относительно фоновых показателей

Таблица 2

Примечание: * – различия достоверны относительно фоновых показателей

трат сопровождался снижением РЕО2 в выдыхаемом воздухе с 123,2±2,3 мм рт.ст. в исходном состоянии до 115,1±3,0 мм рт.ст. (p<0,05) при высокоинтенсивной работе в режиме W4. Обратная динамика зарегистрирована относительно PЕСО2, величина которого возросла с 21,0±1,2 до 26,8±2,3 мм рт.ст. (p<0,05) на последней ступени нагрузочного теста. Тем не менее мобилизация функциональных возможностей системы внешнего дыхания сопровождалась ростом ее эффективности. Показатель ВЭО2 снижался с 27,6±1,3 до 21,0±2,0 л/мл (p<0,05), а VО2/f напротив увеличивалась более чем в 2 раза (p<0,01). Значительное повышение интенсивности газообмена в легких в процессе нагрузочного тестирования определено у пловцов 11-13 лет (таблица 2).

Увеличение метаболического запроса способствовало повышению потребления кислорода более чем в 5,4 раза и выделения двуокиси углерода в 5,6 раза. Значительные сдвиги также отмечены в составе респираторных газов выдыхаемого воздуха. Показатель РЕО2 снижался с 122,6±1,9 мм рт.ст. в исходном состоянии до 115,5±3,1 мм рт.ст. (p<0,05) при высокоинтенсивной работе в режиме W4. В свою очередь величина РЕСО2 возрастала с 21,4±1,3 до 28,5±2,3 мм рт.ст. (p<0,05). Усиление газообмена обеспечивалось повышением величины ∆FО2 с 3,72±0,38 об.% в исходном состоянии до 4,75±0,36 об.% в режиме W4.. Более того, на каждой последующей ступени нагрузки организм из одного литра вентилируемого воздуха утилизировал кислорода

Таблица 3

Примечание: * – различия достоверны относительно фоновых показателей

больше чем на предыдущей. Возросла и относительная величина потребления кислорода, приходящаяся на один дыхательный цикл. Так, в исходном состоянии величина VО2/f была равной 23,5±1,8 мл/мин/цикл, а на пике интенсивности нагрузки увеличилась до 56,8±4,8 мл/мин/цикл (p<0,01). Более выраженные изменения в процессе газообмена отмечены у пловцов 14-16 лет (таблица 3). Нагрузочное тестирование сопровождалось линейным увеличением величины VО2 с 646,4±29,7 мл/ мин в состоянии покоя до 2963,9±48,9 мл/мин (p<0,01) при нагрузке в 150 Вт.

В результате значительной активизации метаболических реакций резко возросла элиминация двуокиси углерода из организма. Скорость выведения VСО2 на пике нагрузки увеличилась более чем в 4,0 раза. Усиление вентиляции оказывало влияние на состав выдыхаемого воздуха. Отмечено снижение PЕО2 в пробах выдыхаемого воздуха на каждой последующей ступени работы. Так, в исходном состоянии величина РЕО2 была равной 119,1±2,3 мм рт.ст., а при завершении тестовой работы снизилась до 108,4±3,3 мм рт.ст. (p<0,05), при этом на последней ступени работы величина РЕСО2 увеличилась более чем на 3,0 мм рт.ст. (p<0,05) по отношению к фону. Срочные вентиляторные реакции сопровождались повышением эффективности, что проявлялось снижением количества вентилируемого воздуха, необходимого для обеспечения метаболического запроса организма с 24,2±1,8 л/мл в исходном состоянии до 19,3+2,4 л/мл (p<0,05) при работе в режиме W4. Значимо возросло и количество потребляемого О2 на единицу увеличения частоты дыхательных маневров. Если в исходном состоянии величина VО2/f была равной 38,8±2,7 мл/мин/цикл, то в режиме W4 увеличилась до 122,6±5,1 мл/мин/цикл (p<0,01).

Анализ результатов показал, что в исходном состоянии у юных пловцов диапазона 9-13 лет величины РЕО2 значительно превышают аналогичные показатели пловцов 14-16 лет. Высокие значения РЕО2 свидетельствуют об относительной гипервентиляции, снижающей эффективность газообмена. Снижение содержания О2 в выдыхаемом воздухе, свойственное последним, очевидно связано с расширением возможностей газообменной функции, и в первую очередь за счет роста альвеолярной поверхности легких. Установлено, что эффективность вентиляции легких определяется соотношением глубины и частоты дыхания, при котором энергозатраты на вентиляцию 1 л воздуха минимизированы [8]. Снижение вентиляторного эквивалента в группе 14-16 лет по отношению к пловцам 9-13 лет свидетельствует об экономизации вентиляторной функции и расширении функциональных резервов системы дыхания в процессе адаптации к плавательным нагрузкам. С повышением энергозатрат во время выполнения нагрузочного тестирования у всех испытуемых отмечалось усиление газообмена в легких. Потребление кислорода и выделение двуокиси углерода увеличивались пропорционально интенсивности работы. Однако валовые показатели VО2 и VСО2 различались в зависимости от возраста. Наиболее значительные энергозатраты были определены в группе 14-16 лет. Известным является факт пропорциональной зависимости уровня потребления кислорода, объема легочной вентиляции, процента утилизации кислорода [5, 6]. Рост вентиляции сопровождался изменением газового состава выдыхаемого воздуха – величины РЕО2 снижались, а РЕСО2 напротив возрастали. При этом сравнительно низкие показатели РЕО2 определены в 14-16 лет на всех ступенях нагрузочного тестирования. Очевидно, повышение энергетического потенциала пловцов данной возрастной группы связано не только с расширением возможностей вентиляторной функции, но и с повышением диффузионной способности легких. Величина ∆FО2уве-личилась до 5,82±0,47 об.%, тогда как у пловцов сравнительно младших возрастных групп (9-10 и 11-13 лет)

данный показатель не превышал значений 4,75±0,36 об.% (p<0,01). Также энергетические траты при вентиляции легких неуклонно снижались по мере взросления и спортивного совершенствования пловцов. Показатель ВЭО2, как основной критерий эффективности газообмена [7], на каждой пороговой ступени работы был значительно ниже у пловцов 14-16 лет. Очевидно, минимизация энергетических трат является главной и определяющей составляющей эффективной адаптации к физическим нагрузкам, функциональной базой, на основе которой формируется аэробный потенциал организма юных спортсменов.

Выводы.

• 1.    Повышение мощности и интенсивности работы на каждой последующей ступени нагрузки обусловливает особенности регуляции газообмена у пловцов разного возраста. В общем это выражается в возрастном изменении интенсивности потребления и выделения основных респираторных газов (О₂, СО₂), эффективности утилизации О₂ и уровня энергетических трат по обеспечению вентиляции легких.

• 2.    Для пловцов 9-10 и 11-13 лет по отношению к 1416 годам характерным является: сравнительно высокая интенсивность потребления О₂ и выделения СО₂ на высокоинтенсивных порогах физической нагрузки; относительно высокие значения Р_ЕО₂ и гипервентиляция; повышение энергозатрат по обеспечению вентиляции легких; низкий процент утилизации О₂.

• 3.    Повышение эффективности регуляции газообмена в легких за счет увеличения их альвеолярной поверхности, снижения энерготрат на вентиляцию легких и повышения утилизации О₂ отмечается у пловцов в 1416 лет, что позволяет в данном возрасте эффективно использовать высокоинтенсивные режимы работы.