Features of interrelations thoracal and abdominal components parameters of lung ventilation at speech breathing in requirements of a progressing hypercapnia

Автор: Morozov G.I.

Журнал: Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология @bio-tversu

Статья в выпуске: 1, 2005 года.

Бесплатный доступ

At 10 practically of able-bodied men the features of behaviour thoracal and abdominal components are explored at speech breathing in requirements of a progressing hypercapnia. Is revealed, that at speech respiration in requirements of chemoreception stimulation the speech character of pattern respiration is maintained. The essential downstroke (drop) of ventilatory sensitivity to a hypercapnia is scored.

Короткий адрес: https://sciup.org/146116017

IDR: 146116017

Текст научной статьи Features of interrelations thoracal and abdominal components parameters of lung ventilation at speech breathing in requirements of a progressing hypercapnia

Известно, что система дыхания человека одновременно является и висцеральной (с автономными механизмами регуляции), и соматической (с механизмами произвольного контроля) [2;9]. Автономная система нейрогуморальной регуляции дыхания включает в себя дыхательный центр и два регулирующих контура – хемо-рецепторный, обеспечивающий соответствие объема вентиляции интенсивности метаболизма в организме, и механорецепторный, устанавливающий энергетически оптимальный паттерн дыхания [3;5;12;13;15]. Система произвольного управления дыхательными движениями включает в себя в качестве центрального звена супра-бульбарные отделы мозга, прежде всего двигательную зону коры больших полушарий [2;9]. При спонтанном и произвольном дыхании вентиляция легких осуществляется за счет ритмичных сокращений торакальных (грудных) и абдоминальных (брюшных) мышц. Морфологически, функционально и регуляторно эти группы мышц автономны, что позволяет условно выделить торакальный и абдоминальный компоненты системы дыхания. В состоянии покоя вентиляция легких осуществляется практически в равной степени за счет обоих вкладов [8]. Дыхательные мышцы помимо выполнения вентиляторной функции – обеспечения газового гомеостаза, которая регулируется автономными механизмами, участвуют в актах человека, относящихся к произвольным [2;6;9;14]. Звуковая речь является одним из таких актов. В литературе имеются данные о роли воздушных потоков в системе дыхания при внешней речи в условиях нормальной газовой среды. Показано, что работа дыхательного аппарата во время речи подчиняется в определенных пределах конкретному речевому материалу [4].

В обеспечении вентиляции легких и в производстве фонаций (звуков) немаловажная роль принадлежит дыхательным мышцам, обеспечивающим поток воздуха в звукообразующей системе. Однако взаимодействие произвольных и автономных механизмов регуляции дыхания при речевом дыхании практически не изучено.

Целью настоящей работы явилось исследование поведения торакального и абдоминального компонентов системы дыхания при произнесении ритмичного текста с обычной громкостью в условиях конкурентных отношений автономных механизмов регуляции дыхания, направленных на сохранение газового гомеостаза, и механизмов произвольного управления дыхательными движениями, направленных на обеспечение произнесения заданного речевого материала.

Методика . В исследовании участвовали 10 практически здоровых мужчин 22-27 лет, привычных к экспериментальной обстановке.

Использовался автоматизированный метод безмасочной пневмографии [8]. Учитывались следующие параметры: дыхательный объем (V T ), его торакальная (ThV T ) и абдоминальная (AbV T ) составляющие (мл) и их вклады в дыхательный объем (в %), частота дыхания (f, цикл/мин), время вдоха (T_I), выдоха (T_E), пост эк спираторной паузы (T P ), время дыхательного цикла ( T T ) (с), скорость вдоха ( V . I ), скорость торак а льной (Th V . I ) и абдоминальн ой (Ab V . I ) составляющих вдоха, скорость выдоха ( V . E ), скорость торакальной (Th V . E ) и абдоминальной (Ab V . E ) составляющих выдоха (мл/с). Кроме того, регистрировались показатели газообмена: парциальное давление СО 2 в альвеолярном воздухе (P A CO 2 ) – посредством малоинерционного капнографа ГУМ-2 и оксигенация артериальной крови (S_AO₂) – посредством оксигемометра 057 с ушным фотометрическим датчиком.

Испытуемые находились в положении стоя, поскольку в вертикальном положении вентиляция легких, как правило, обеспечивается в равной степени за счет торакальных и абдоминальных дыхательных движений [11]. Исследование включало две серии. В первой серии испытуемые спонтанно дышали в замкнутой системе спирографа в гиперкапнических условиях до увеличения парциального давления СО 2 в альвеолярном газе на 20-22 мм рт. ст. (возвратное дыхание без поглощения СО 2 с добавлением в систему О 2 в количестве, равном потребляемому). Во второй серии испытуемым предлагалось в тех же условиях произносить вслух с обычной громкостью циклично повторяющийся ритмичный текст (счет от 1 до 6: «один-два-три-четыре-пять-шесть»). При расчетах величины дыхательных объемов приводились к сопоставимым условиям (BTPS). Были вычислены следующие статистические характеристики: средняя арифметическая (М), ошибка среднего арифметического (±m), коэффициент корреляции (r). Достоверность различий изучаемых параметров определялась методом расчета значения критерия Z Вилкоксона (для сопряженных рядов) по В.Ю. Урбаху [7].

Результаты исследования и их обсуждение . Сравнительный анализ полученных данных выявил следующее (табл. 1 и 2).

Исходно в вертикальном положении вентиляция легких (V . ) испытуемых обеспечивается практически в равной степени за счет торакального (ThV T ) и абдоминального (AbV_T) вкладов в дыхательный объем. Соотношение временных характеристик дыхательного цикла соответствует типичному для спонтанного дыхания: вдох (T I ) несколько короче выдоха (T E ), у всех испытуемых отмечается постэкспираторная пауза (T P ) [1;3].

При спонтанном дыхании в условиях прогрессирующей гиперкапнии объем вентиляции легких (V . ) увеличивается за счет практически равного увеличения торакального (ThV . ) и абдоминального (Ab V . ) вкладов в дыхательный объем, частота дыхания (f) – за счет равномерного уменьшения в ремени вдоха (T_I), выдоха (T E ) и постэкспираторной паузы (T P ). Скорость вдоха ( V . I ) и в ыдоха ( V . E ) увеличивает с я за счет увеличения скорости торакальной (Th V . I , Th V . E ) и абдоминальной (Ab V . I , Ab V . E ) составляющих (табл. 2).

При произнесении ритмичного циклически повторяющегося текста (счета) на воздухе параметры дыхательного цикла соответствуют типичным для речевого дыхания. Дыхательный объем (VT) оказывается больше, частота дыхания (f) –

Таблица 1

Параметры		Воздух	Прогрессирующая гиперкапния
		Величины	Величины	Р < 2-1	Величины	Р < 3-1	Величины	Р < 4-1
		1	2		3		4
P_ACO₂, мм рт. ст.	Спонтанное дыхание	36,1 ± 0,3	39,7 ± 0,7	0,01	48,5 ± 1,0	0,01	54,7 ± 1,1	0,01
P_ACO₂, мм рт. ст.	Речевое дыхание	36,7 ± 0,6	39,8 ± 0,9	0,01	45,7 ± 1,1	0,01	53,5 ± 1,0	0,01
V_T, мл	Спонтанное дыхание	676 ± 43	766 ± 63	0,05	1136 ± 126	0,01	1495 ± 157	0,01
V_T, мл	Речевое дыхание	1121 ± 79**	1211 ± 76*		1612 ± 97*	0,01	2055 ± 145**	0,01
ThV T , мл	Спонтанное дыхание	342 ± 38	391 ± 51	0,05	607 ± 84	0,01	828 ± 107	0,01
ThV T , мл	Речевое дыхание	689 ± 72**	777 ± 70*		1069 ± 104**	0,05	1419 ± 163**	0,01
ThV T /V T , %	Спонтанное дыхание	50,0 ± 3,4	50,5 ± 4,3		53,0 ± 4,0		55,0 ± 4,3
ThV T /V T , %	Речевое дыхание	61,2 ± 3,6**	64,0 ± 3,2*		65,8 ± 3,8**		68,4 ± 4,4**
Ab V_T, мл	Спонтанное дыхание	334 ± 26	375 ± 43		530 ± 76	0,01	667 ± 97	0,01
Ab V_T, мл	Речевое дыхание	432 ± 48**	434 ± 48		544 ± 61	0,05	637 ± 97	0,05
AbV T /V T , %	Спонтанное дыхание	50,0 ± 3,4	49,5 ± 4,3		47,0 ± 4,0		45,0 ± 4,3
AbV T /V T , %	Речевое дыхание	38,8 ± 3,6**	36,0 ± 3,2*		34,2 ± 3,8*		31,6 ± 7,4**
f, цикл/мин	Спонтанное дыхание	17,5±0,8	18,0±0,9		18,8±0,9	0,05	20,6±0,7	0,01
f, цикл/мин	Речевое дыхание	10,5±0,2**	9,7±0,2**	0,01	9,7±0,4**		9,9±0,3**
. V , л/мин	Спонтанное дыхание	11,6±0,4	13,4±0,7		20,8±2,0	0,01	30,5±3,0	0,01
. V , л/мин	Речевое дыхание	11,6±0,7	11,6±0,6		15,5±0,9	0,01	20,1±1,3**	0,01
Th V . , л/мин	Спонтанное дыхание	5,8±0,4	6,8±0,7	0,05	10,9±1,2	0,01	16,8±2,0	0,01
Th V . , л/мин	Речевое дыхание	7,1±0,7*	7,4±0,6		10,2±0,9	0,05	13,8±1,4	0,01
. a b V , л/мин	Спонтанное дыхание	5,8±0,4	6,6±0,7		9,9±1,4	0,01	13,7±1,9	0,01
. a b V , л/мин	Речевое дыхание	4,5±0,5*	4,2±0,4*		5,3±0,6**		6,3±1,0**

Примечание. Здесь и далее: степень достоверности различий параметров при речевом и спонтанном дыхании * – P<0,05; ** – P<0,01.

Таблица 2

Сравнительная динамика временных и скоростных параметров вентиляции легких при речевом и спонтанном дыхании в условиях прогрессирующей гиперкапнии (M ± m)

Параметры		Воздух	Прогрессирующая гиперкапния
		Величины	Величины	Р < 2-1	Величины	Р < 3-1	Величины	Р < 4-1
		1	2		3		4
T I , с	Спонтанное дыхание	1,49±0,06	1,43±0,06		1,41±0,05		1,29±0,04	0,01
T I , с	Речевое дыхание	1,38±0,06	1,44±0,08		1,46±0,07		1,50±0,08
T E , с	Спонтанное дыхание	1,81±0,12	1,84±0,16		1,75±0,15	0,05	1,61±0,08	0,01
T E , с	Речевое дыхание	4,20±0,13**	4,68±0,10**	0,01	4,70±0,17**	0,05	4,59±0,17**
T_P, с	Спонтанное дыхание	0,20±0,02	0,15±0,02		0,11±0,01	0,05	0,04±0,01	0,01
T_P, с	Речевое дыхание	0,13±0,03*	0,12±0,01		0,09±0,02		0,05±0,02
T T , с	Спонтанное дыхание	3,50±0,17	3,41±0,18		3,27±0,19	0,05	2,94±0,10	0,01
T T , с	Речевое дыхание	5,76±0,13**	6,24±0,14**	0,01	6,26±0,20**		6,14±0,18**
V I , мл/с	Спонтанное дыхание	452±18	526±30		797±74	0,01	1153±110	0,01
V I , мл/с	Речевое дыхание	824±65**	858±61**		1131±95	0,05	1407±134	0,05
Th V . I , мл/с	Спонтанное дыхание	222±19	265±30	0,05	417±46	0,01	621±76	0,01
Th V . I , мл/с	Речевое дыхание	493±57**	529±41**		731±75**	0,05	961±140*	0,05
a b VI , мл/с	Спонтанное дыхание	236±19	264±26		387±50	0,01	541±69	0,01
a b VI , мл/с	Речевое дыхание	336±53*	330±45		405±65		447±70
V E , мл/с	Спонтанное дыхание	373±14	425±25		656±63	0,01	932±94	0,01
V E , мл/с	Речевое дыхание	256±17**	256±18**		342±15**	0,01	440±25**	0,01
Th V . E , м л/с	Спонтанное дыхание	200±12	227±23		356±34	0,01	550±68	0,01
Th V . E , м л/с	Речевое дыхание	159±16*	167±16*		230±19*	0,05	304±29*	0,01
a b V_E , мл/с	Спонтанное дыхание	185±14	219±22		307±46	0,01	415±61	0,01
a b V_E , мл/с	Речевое дыхание	98±9**	98±10**		117±12**	0,05	138±20**	0,05

Сравнительная динамика параметров газообмена и вентиляции легких при речевом и спонтанном дыхании в условиях прогрессирующей гиперкапнии (M ± m)

меньше, чем при спонтанном дыхании, минутный объем вентиляции ( V . ) практически не меняется. Вентиляция легких обеспечивается с явным превалированием торакального вклада (ThV TI /V TI ) в дыхательный объем. Временная структура дыхательного цикла приобретает типичный для речевого дыхания характер: время вдоха (T I ) и постэкспираторной паузы (T P ) уменьшается, время выдоха (T E ) увеличивается [4]. Соотношение скоростных п араметров также становит ся типичным для речевого дыхания – скорость вдоха (V . I ) увеличивается, выдоха (V . E ) – существенно снижается (табл. 1 и 2).

При произнесении ритмичного текста в условиях прогрессирующей гиперкапнии отмечено существенно большее увеличение дыхательного объема (V T ) в большей степени за счет торакальной (ThV T ) его составляющей. Абдоминальная составляющая (AbV T ) дыхательного объема при этом количественно не меняется (табл. 1).

По мере нарастания гиперкапнии временные параметры, характерные для речевого дыхания, сохраняются. В отличие от спонтанного гиперпноэ при произнесении текста в условиях прогрессирующей гиперкапнии частота дыхания (f) практически не изменяется, поскольку она определяется речевым заданием. Более выраженное, чем при спонтанном гиперпноэ, увеличение дыхательного объема (V T ) не компенсирует недостаточную для данных условий частоту дыхания (табл. 1). В результате объем вентиляции ( V . – 20,0 ± 1,2 л/мин) оказывается существенно меньшим, чем при спонтанном гиперпноэ ( V . – 30,4 ± 3,0 л/мин).

При произнесении ритмичного текста в условиях гиперкапнии в результате увеличения дыха т ельного объема (V T ) и уменьшения времени вдоха (T I ) объемная скорость вдоха (V . _I) сущест в енно увеличивается в основном за счет скорости торакально й составляющей (Th V . I ) вдоха. Скорость абдоминальной составляющей вдоха (Ab V . I ) увеличивается в меньшей степени (табл. 2).

При речевом д ыхании в гиперкапнических условиях увеличение объемной скорости выдоха (V . E ) значительно менее выражено, чем при спонтанном гиперп-ноэ в этих условиях, так как по мере увеличения дыхательного объе м а (V T ) время выдоха (T E ) практически не изменяется. При р ост скорости выдоха (V . E ) об ес печивается за счет скорости как торакальной (Th V . E ), так и абдоминальной (AbV . E ) составляющих выдоха (табл. 2).

Таким образом, результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что при воспроизведении звуковой речи в условиях умеренной гиперкапнии речевой характер паттерна дыхания в основном сохраняется. При этом (как и при дыхании воздухом) вентиляция легких обеспечивается в основном за счет торакальных дыхательных движений, в большей степени подверженных произвольному контролю [9]. Прирост дыхательного объема и торакальной его составляющей в ответ на гиперкапнию оказывается значительно большим, чем при спонтанном гиперпноэ в тех же гиперкапнических условиях, что свидетельствует об аддитивности волевого и хемо-рецепторного стимулов [10]. Абдоминальная составляющая дыхательного объема в этих условиях оказывается такой же, как при спонтанном гиперпноэ.

При воспроизведении звуковой речи в гиперкапнических условиях значительно большая, чем при спонтанном гиперпноэ, продолжительность выдоха, обусловленная речевым заданием, по мере нарастания гиперкапнии и усиления хеморецеп-торной стимуляции не меняется. В результате частота дыхания и скорость торакальной и абдоминальной составляющих выдоха оказываются существенно меньшими, чем при спонтанном гиперпноэ.

Изовентиляторная реакция [3] – увеличение дыхательного объема – не компенсирует недостаточную для данных условий заданную речевым ритмом частоту дыхания. В результате объем вентиляции при речевом дыхании в гиперкапнических условиях оказывается значительно меньшим, чем при спонтанном гиперпноэ в тех же условиях, что свидетельствует о конкурентных отношениях между механизмами произвольного управления дыхательными движениями, обеспечивающими звуковую речь, и автономными механизмами регуляции дыхания, направленными на поддержание газового гомеостаза.

Статья научная