Роль дыхательной и сердечно сосудистой систем в аэробном обеспечении организма подростков при физических нагрузках различной интенсивности

Известно, что выполнение физических нагрузок находится в прямой зависимости от обеспечения работающих мышц кислородом, степень использования которого определяется соотношением деятельности систем дыхания и кровообращения.

Следует отметить, что, несмотря на большой интерес исследователей к выявлению возрастной динамики параметров внешнего дыхания и кровообращения [2;3;5;7;9] и на имеющийся фактический материал по особенностям изменений отдельных показателей указанных систем в условиях различных мышечных нагрузок [ 1 ;4;6;8], в литературе практически отсутствуют сведения о соотношении участия респираторной и циркуляторной систем в кислородном обеспечении организма подростков в зависимости от тяжести выполняемой работы. Между тем такие данные необходимы для научного обоснования эффективных форм занятий физическими упражнениями в целях повышения аэробной работоспособности растущего организма.

Нами было обследовано 97 мальчиков 10 - 14 лет, не занимающихся спортом. Оценка реакции вегетативных систем подростков в результате применения физических нагрузок производилась с помощью индивидуально дозированной велоэргометрической нагрузки. Предварительно у каждого испытуемого на велоэргометре определяли максимальную аэробную мощность работы, при которой он достигал максимального потребления кислорода (МПК). Эта мощность считалась 100%-ной и служила исходным показателем для расчета индивидуальных величин относительной аэробной мощности, равной 80, 60 и 40% от МПК. В основной серии исследований подростки в разные дни выполняли работу относительной аэробной мощности. Нагрузки 40 и 60% от МПК выполнялись в течение 10 мин., а 80%-ная — до отказа. Для определения ударного объема (УО), минутного объема крови (МОК), частоты сердечных сокращений (ЧСС), легочной вентиляции (ЛВ) и потребления кислорода (ПО2) использовали следующие методы: тетраполярную реографию, электропульсографию, газометрию и спироэрго-метрию.

В результате проведенных исследований установлено, что даже небольшая (40% от МПК) нагрузка вызывала значительное увеличение потребления кислорода по отношению к уровню покоя. Прирост величины этого показателя находился в строгой линейной зависимости от мощности работы. Степень увеличения потребления кислорода при 40%-ной нагрузке в период врабатывания по сравнению с исходными величинами у всех подростков 10—13 лет оказалась одинаковой, и только в группе 14 - летних отмечено повышение исследуемого параметра.

Выполнение физической работы на уровне 60% аэробной мощности сопровождалось соответствующим ростом и величины ПО2. Естественно, что при нагрузке, составляющей 80% от МПК, потребление кислорода достигло еще больших величин. Так, у мальчиков 12 лет рассматриваемый показатель при субмаксимальной нагрузке стал больше на 246 мл и оказался равным 1172±48,1 мл/мин (Р<0,01). Сопоставление абсолютных значений ПО2, в разных возрастных группах в данной серии эксперимента показало, что 14-летние подростки отличались от школьников 10 — 13 лет более высоким уровнем ПО2, который у них составил 1601 ±68,1 мл/мин, а в возрасте 10—13 лет величина этого показателя недостоверно колебалась в пределах 1151 — 1317 мл/мин. Возрастной диапазон колебаний рабочего уровня потребления кислорода увеличивался по мере повышения интенсивности нагрузки. Так, на мощности 40% от максимальной возрастной диапазон колебаний ПО, составил 280 мл (Р<0,001), на мощности работы, равной 60% от МПК, - 350 мл (Р<0,001) и на мощности работы 80% — 450 мл (Р< 0,001).

Необходимый объем потребления кислорода на каждой ступени выполняемой работы обеспечивался как гемодинамическим, так и респираторным факторами.

Наши данные свидетельствуют о том, что между аэробной способностью и минутным объемом крови существует несомненная положительная взаимосвязь, которая в

БИОЛОГИЯ процессе онтогенеза усиливается. Так, если у испытуемых 10 лет коэффициент корреляции между ПО2 и МОК был равен 0,64, то у 13-летних он составил 0,70. Между значениями ЛВ и ПО2 нами обнаружены более тесные связи, которые зависели не только от возраста, но и от нагрузки. У 14-летних школьников при 40%-ной нагрузке коэффициент корреляции был равен 0,90; при 60%-ной он снизился до 0,81; а при 80%-ной работе составил всего лишь 0,69. У мальчиков 11 лет коэффициент корреляции соответственно был равен 0,86; 0,88 и 0,85; т. е. в старших возрастных группах с увеличением интенсивности нагрузки степень связи между ЛВ и ПО2 становится менее выраженной, а в младших возрастных труппах остается практически на одном и том же уровне.

Во время физической работы всех трех степеней нагрузки величины ЛВ очень точно следовали за изменением ПО2. Линейная же зависимость между МОК и ПО2 у наших испытуемых наблюдалась только при 40%-ной нагрузке.

С повышением интенсивности нагрузки нарушалась согласованность в динамике данных показателей. Особенно это было заметно при субмаксимальной нагрузке, когда происходило резкое увеличение потребления кислорода, а величина минутного объема кровотока или оставалась на прежнем уровне, или даже несколько снижалась.

Сопоставление полученных в наших экспериментах сдвигов показателей кровообращения и внешнего дыхания при мышечной деятельности у подростков 10-14 лет свидетельствует о преобладании легочной вентиляции над изменениями, происходящими в системе гемодинамики. При этом различия между сдвигами становятся с повышением интенсивности работы, а также с возрастом все более существенными. Так, если при умеренной нагрузке у 10-летних мальчиков ЛВ увеличилась на 258% по отношению к уровню покоя, а МОК - на 128%, то при 80%-ной нагрузке прирост величин этих параметров составил соответственно 456 и 182%. У подростков 14 лет ЛВ в первом случае изменилась на 275%, а МОК - на 148%, а во втором случае -соответственно на 532 и 242%.

При сравнении разницы прироста между величинами ПО2 и ЛВ оказалось, что в младших возрастных группах она, во-первых, была меньше, а, во-вторых, с повышением нагрузки уменьшалась. Например, у 11-летних школьников при умеренной нагрузке разница между ПО2 и ЛВ была равна 41%, а при субмаксимальной -22%, у испытуемых 13 лет в этих же условиях она составила 64 и 71%. Разница же между сдвигами величин потребления кислорода и минутного объема крови в процессе онтогенеза, наоборот, снижалась. Так, если у мальчиков 11 лет при 40%-ной нагрузке она достигла 227%, а при 80%-ной - 352%, то у 13-летних школьников эта разница составила 200 и 342% соответственно. Характер изменения разницы между величинами ПО2 и ЛВ, а также ПО2 и МОК показан на рисунке.

Исследование показателей, отражающих эффективность взаимодействия функций дыхания и кровообращения, показало, что кислородный пульс (О2-пульс) в процессе индивидуального развития возрастает, что говорит об установлении по мере созревания организма более выгодных соотношений между функциональными параметрами сердечно-сосудистой системы и кислородными показателями. Так, если у обследованных нами школьников И лет О2-пульс на второй минуте умеренной нагрузки увеличился до 5,7±0,23 мл/уд, то у подростков 14 лет этот показатель достиг 7,7±0,44 мл/уд (Р <0,001). Рост О2-пульса сопровождается снижением артериовенозной разности по кислороду (АВР по О2). Особенно значительные расхождения значений АВР по О2 между крайними возрастными группами были заметны при 60 %-ной нагрузке, когда нарушалось соответствие между ростом величины ПО, и МОК. В этом случае АВР по О2 у испытуемых 10 лет была равна 15,5±0,80 мл, а у 14-летних - 12,2±0,61 (Р<0,05).

Достоверно более высокие значения АВР по О2 у младших школьников по сравнению со старшими свидетельствуют о более интенсивном процессе утилизации кислорода тканями растущего организма. Это имеет определенное компенсаторно-приспособительное значение, т. к. в этих условиях потребность периферии в кислороде обеспечивается при меньших возможностях минутного объема кровотока, что способствует уменьшению нагрузки на сердечно-сосудистую систему.

Анализ степени взаимосвязи ЛВ и МОК с кислородными параметрами показал довольно значимую корреляцию ЛВ как с О,-пульсом, так и с АВР по О2 в младших

ПО2-МОК(%) ПО2-ЛВ(%)

40% от МП К                    80% от МПК

ПО₂-МОК(%)--- 11 лет---- ПО₂-ЛВ(%) ----13 лет---

Изменение разности прироста ПО2 и Л В, ПО2 и МОК при физической работе, выполняемой на уровне 40 и 80% от МПК подростками 11 и 13 лет

Артериовенозная разность по кислороду у мальчиков 10 —14 лет при нагрузках различной интенсивности

Возраст, лет Покой, МЛ Нагрузка, % от МПК 40 60 80 10 7,2+0,34 12,810.46 15,5+0.80 15,611,16 11 6,810,42 13.7+0,72 15,6+1.10 15,9+0,81 12 6,610,29 12,610,50 12,9+0,86 J 3,4+0.83 13 7,2+0,35 13.510,89 14,6+1,15 15.811,10 14 6,7+0,45 11.510,59 12,2+0.61 13,811,03 возрастных группах. У 13-14-летних подростков более тесная связь зарегистрирована между МОК и указанными кислородными показателями, тогда как у последних с величиной ЛВ она была выражена слабее. Так, если у 12-летних мальчиков при нагрузке, равной 60% от МПК, коэффициент корреляции между ЛВ и АВР по О2 составил 0,84 и с О2-пульсом - 0,81, то у подростков 14 лет — соответственно 0,48 и 0,49. Что же касается коэффициента корреляции между МОК и АВР по О2, то у 11-летних испытуемых при субмаксимальной нагрузке он равнялся 0,58; а у 14-летних — 0,90. У этих же школьников степень взаимосвязи МОК и О2-пульс при 40%-ной нагрузке оказалась равной 0,24 и 0,74 соответственно.

Не ограничиваясь установлением с помощью интеркорреляционных связей фактов преимущественного участия системы внешнего дыхания в процессах аэробного энергообеспечения мышечной работы у младших подростков и постепенного усиления с возрастом функций системы кровообращения, мы произвели факторный анализ роли кардиореспираторной системы в кислородном обмене. Исходным материалом явились показатели дыхательных функций и системы кровообращения, полученные при обследовании двух возрастных групп мальчиков 10 — 12 и 13 — 14 лет, при выполнении ими работы с 60%-ной и 80%-ной аэробной мощностью. Использовано 10 показателей, 4 из которых характеризовали процессы внешнего дыхания, а 6 — кровообращения. Для

---------------------------БИОЛОГИЯ --------------------------- определения взаимосвязи всех тестирующих процедур и нахождения факторных весов всех десяти переменных применялась закрытая модель метода главных компонент.

В группе 10 — 12-летних на долю фактора, который был обозначен как респираторный, пришлось 27% общей дисперсии выборки, которая составила 52%. Обнаружена высокая корреляция с легочной вентиляцией (R=0,870), с частотой дыхания (R=0,858), с глубиной дыхания (R=0,620), с артериовенозной разностью (R=0,889). Другой фактор, который может быть обозначен как циркуляторный, составил всего в этой возрастной группе 9% выборки, выявив достоверную связь с ударным индексом (R=0,535), с минутным объемом крови (R=0,491) и легочной вентиляцией (R=0,310). В группе подростков 13 — 14 лет соотношение двух рассмотренных факторов существенно изменилось. В этом возрасте на долю респираторного фактора пришлось 23%, т. е. доля участия системы внешнего дыхания на 4% оказалась меньше, чем в младшей группе. Параметры респираторного фактора у 13 - 14-летних испытуемых обнаружили тесную связь с частотой дыхания (R=0,960) и с ударным объемом крови (R=0,649). В то же время циркуляторный фактор усилил свою значимость до 16% за счет высокой корреляции с частотой сердечных сокращений (R=0,65I), минутным объемом крови (R=0,974), артериовенозной разностью (R=0,776) и с сердечным индексом (R=0,519).

Таким образом, многомерный статистический анализ показал, что аэробный обмен при выполнении подростками интенсивной (60 и 80% от МПК) мышечной работы имеет свои особенности. В возрасте 10 - 12 лет в кислородном энергообеспечении ведущая роль принадлежит внешнему дыханию, в дальнейшем доминирующее значение начинает приобретать система кровообращения. Неодинаковое участие систем дыхания и кровообращения в аэробном энергообеспечении, а также регистрируемая в условиях мышечной работы неоднородность сдвигов со стороны обеих систем у мальчиков разного возраста говорят о необходимости включать в занятия физические упражнения, оказывающие избирательное влияние на важнейшие звенья кислородтранспортной системы. В этих целях в младшем возрасте следует использовать упражнения, влияющие главным образом на дыхательную функцию, а в старшем — развивающие сердечно-сосудистую систему. Кроме того, указанные особенности функционирования респираторной и циркуляторной систем в разном возрасте необходимо учитывать при оценке тяжести выполняемой физической работы. При этом следует иметь в виду, что в младшем возрасте наиболее информативными являются величины легочной вентиляции по сравнению с минутным объемом крови. В более старшем возрасте ведущее значение в этом плане приобретает минутный объем крови.