Зависимость функциональных возможностей дыхательной мускулатуры от индивидуальных особенностей организма

Волгоградская государственная академия физической культуры

Установлено, что время двигательной реакции дыхательной мускулатуры существенно продолжительней времени двигательной реакции мышц кисти руки в ответ как на световой, так и звуковой раздражитель. Время двигательной реакции инспираторных мышц меньше времени двигательной реакции экспираторных. Время двигательной реакции дыхательных мышц в ответ на звуковой раздражитель статистически достоверно короче времени двигательной реакции в ответ на световой раздражитель. Функциональные возможности дыхательной мускулатуры мужчин-спортсменов существенно выше таковых, обнаруживаемых у женщин-спортсменок.

DEPENDENCE OF BREATHING MUSCLES FUNCTIONAL ABILITIES ON SPCIFIC FEATURES OF THE ORGANISM

I.    V. Suslina

Volgograd State Physical Education Academy

It is stated, that time of impellent reaction of respiratory muscles essentially is longer than time of impellent reaction of hand muscles reply to light and sound irritant. Time of impellent reaction of inspiratory muscles is less than time of impellent reaction of expiratory ones. Time of impellent reaction of respiratory muscles reply to sound irritant statistically authentically is shorter than time of impellent reaction in reply to light irritant. Functionalities of respiratory muscles of male sportsmen essentially above those, found out in female sportsmen.

При многих видах профессиональной и спортивной деятельности очень часто возникают ситуации, когда респираторная система испытывает значительные по интенсивности и продолжительности нагрузки. Это приводит к снижению функционального состояния дыхательной мускулатуры и, как следствие, к недостаточности легочной вентиляции. Ввиду этого весьма остро встает проблема оптимизации работы дыхательной мускулатуры посредством специальной тренировки с целью развития силы и выносливости, повышения эффективности и экономичности ее работы. Это, в свою очередь, обусловливает необходимость разработки специальных программ подготовки дыхательной мускулатуры, которая невозможна без научного обоснования их режимов и выяснения целого ряда вопросов, касающихся функционального состояния и функциональных возможностей дыхательной мускулатуры, взаимосвязи их характеристик с индивидуально-типологическими особенностями организма. В этом плане весьма интересным и важным представляется и выяснение различий функциональных возможностей скелетной и дыхательной мускулатуры, которые могут повлиять на выбор средств и методику повышения работоспособности респираторной мускулатуры. Выяснение данных вопросов и явилось целью настоящего исследования.

Методика

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований:

• 1.    Пневмоманометрия – измерение силы дыхательных мышц на вдохе и выдохе (ПМ вд. и ПМ выд.). Измерение силы дыхательных мышц производилось в изометрическом режиме при помощи пневмоманометра. После предварительной инструкции и пробных попыток обследуемые должны были создать максимальное давление посредством сокращения инспираторной или экспираторной мускулатуры соответственно на вдохе или выдохе. Измерение осуществлялось трижды, учитывался наибольший показатель.

• 2.    Пневмотахометрия (ПТ вд. и ПТ выд.) – измерение максимальной объемной скорости дыхательных потоков на вдохе и выдохе. При помощи пневмотахометрическо-го метода определяли объемную скорость воздушных потоков при максимально быстром вдохе и выдохе. Определение пневмотахометрических показателей проводили с использованием пневмотахометра Вотчала.

• 3.    Определение времени простой двигательной реакции мышц кисти руки (ВДР рука) осуществлялось при помощи хронорефлексометра типа ХРМ-01, входящего в состав комплекса оборудования для психофизиологических исследований ПАВ-01. Этот прибор обеспечивал подачу в разновероятном порядке световых или звуковых сигналов сериями в 32 сигнала. Кроме того, комплекс производил первичную математическую обработку всех замеров серии в автоматическом режиме.

• 4.    Определение времени простой двигательной реакции дыхательных мышц (ВДР вдох и ВДР выдох). Определение времени двигательной реакции дыхательных мышц осуществлялось при помощи спирорефлексометра, созданного на базе хронорефлексометра типа ХРМ-01, дополненного специальным датчиком ВДР дыхательных мышц, обеспечивающим измерение ВДР инспираторных и экспираторных мышц.

Датчик ВДР срабатывал при усилии, равном 3,9–5,9 Н и более.

Световой раздражитель предъявлялся посредством красного светодиода АЛ 307 АМ (длина волны излучения – 0,66 мкм; яркость свечения – не менее 0,15 мд; радиус светящейся поверхности – не менее 2,5 мм). Звуковой раздражитель представлял собой сигнал с частотой 1,0±0,2 кГц и при уровне звукового давления 40–60 дб. Интервал времени предъявления раздражения составлял от 1 до 3 с.

Сравнительный анализ у спортсменов времени двигательной реакции мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры

Сравнение работоспособности дыхательной мускулатуры (инспираторных и экспираторных мышц) с работоспособностью скелетных мышц проводили в специальных исследованиях [13, 15]. В частности, было установлено, что в отличие от скелетной мускулатуры и экспираторных мышц, инспираторы быстрее восстанавливаются после работы и имеют большую сопротивляемость утомлению. Это объясняется как спецификой структуры их волокон, так и особенностями центральной организации их мотонейронов [13].

Сопоставление времени ответных реакций дыхательных мышц и мышц кисти руки осуществлялось только в единичных исследованиях [5], и в основном эти вопросы рассматривались в аспекте произвольного контроля дыхательной мускулатуры. Кроме того, исследовались нормальные здоровые люди, регулярно не занимающиеся спортом.

Мы поставили задачу сравнить показатели времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры и мышц кисти руки именно у спортсменов. С этой целью были обследованы 55 молодых спортсменов со спортивной квалификацией от II спортивного разряда до мастеров спорта.

Как известно, время двигательной реакции на какой-либо раздражитель складывается из двух компонентов: латентного времени и моторного времени реакции. Ла- тентное (скрытое) время исчисляется от момента подачи раздражителя до начального момента мышечного сокращения. Считается, что это время отражает скорость протекания нервных процессов в центральной нервной системе и тем самым является показателем ее функционального состояния. Моторный компонент отсчитывается от начала движения до его окончания и характеризует скорость мышечного сокращения, т. е. функциональное состояние мышечных волокон. И если моторный компонент будет различаться от специализации тех или иных мышц, то латентный компонент будет оставаться постоянным независимо от вида деятельности [ 9 ].

Измеряемое в нашем исследовании время простой двигательной реакции (ВДР) по характеру ближе к латентному компоненту, так как оно исчисляется от начала подачи сигнала до осуществления простого движения – нажатия кнопки прибора. Поэтому мы сочли возможным измерять ВДР мышц кисти руки, как модели мышц кисти руки вообще.

Определение ВДР мышц кисти правой руки и инспираторной и экспираторной мускулатуры показало следующее.

Абсолютные величины ВДР мышц кисти руки соответствуют приведенным в литературе [ 2, 5 ], см. табл. 1. При этом подтверждается тот факт, что ВДР в ответ на световой раздражитель несколько продолжительней, чем ВДР в ответ на звуковой раздражитель (P < 0,05).

Выяснилось, что ВДР дыхательных мышц, как инспираторных, так и экспираторных, статистически достоверно продолжительней (на 45–65%) ВДР мышц кисти руки в ответ как на световой, так и на звуковой раздражители (P < 0,05).

Объяснение этому факту В.И.Миняев [ 5 ], также его отмечавший, видит в следующем. Во-первых, двигательные функции дыхательного аппарата (дыхательных мышц и центров, управляющих ими) в процессе эволюции специализированы прежде всего на выполнении ритмичных неинтенсивных дыхательных движений, обеспечивающих вентиляцию легких в энергетически оптимальном режиме. Известно, что у человека дыхательные мышцы выполняют познотоническую и речевую функции, также не требующие максимально быстрых сокращений [ 5 ]. Следовательно, одной из причин замедленности произвольных дыхательных движений (в отличие от движений рукой) является «неспособность» дыхательных мышц к такому быстрому сокращению, на какое «способны» мышцы руки.

Второй возможной причиной замедленности реакций дыхательной мускулатуры является то, что скорость дыхательных движений зависит не только от функционального состояния дыхательных мышц и управляющих ими центров, но и от ряда биомеханических факторов – эластического и неэластического сопротивления, сопротивления (тяжести) внутренних органов [ 10, 11 ]. Мышцам руки при выполнении заданных программ подобного рода сопротивлений преодолевать не приходится [ 5 ].

Следует отметить еще одно обстоятельство, наблюдавшееся в наших исследованиях. Выяснилось, что ВДР инспираторных мышц несколько меньше ВДР экспираторных, при этом ответные реакции на световой раздражитель были статистически значимыми (табл. 1).

Эти различия, вероятно, обусловлены особенностями структуры инспираторных мышечных волокон и спецификой организации системы нервной регуляции их деятельности [ 14 ]. Кроме того, возможным объяснением этому факту может быть то, что вдох в нормальных условиях в покое осуществляется за счет активной работы инспираторных мышц, в то время как выдох – в основном пассивен, т. е. без заметного сокращения дыхательных мышц. Отсюда, вероятно, и лучшая управляемость именно инспираторных мышц и, как следствие, у этих мышц и ВДР короче.

Таблица 1

Время двигательной реакции мышц кисти руки и инспираторной и экспираторной мускулатуры у спортсменов (x± m)

Показатели	Инспираторные мышцы, мс (n = 55)	Экспираторные мышцы, мс (n = 55)	Мышцы руки, мс (n = 55)	Достоверность различий
				I-II	I-III	II-III
	I	II	III
Световой раздражитель (n = 55)	0,290 ±0,003	0,301 ±0,004	0,199 ±0,004	+	+	+
Звуковой раздражитель (n = 55)	0,230 ±0,004*	0,236 ±0,005*	0,142 ±0,003*	-	+	+

Примечание: * – достоверные различия средних величин времени двигательной реакции на световой и звуковой раздражитель при P < 0,05;

« + » – достоверные различия средних величин времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры и мышц кисти руки.

Нами обнаружены достоверные различия величины ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители так же, как и у мышц кисти руки (P < 0,05). В ответ на световой стимул ВДР было несколько продолжительней, чем ВДР в ответ на звуковой стимул.

Зависимость ВДР от физической природы раздражителя и от особенности деятельности того органа чувств, для которого данный раздражитель является адекватным, была обнаружена давно. Отмечается, что ВДР на свет более продолжительно, чем на звук [ 2 ].

Основные причины этих различий видят в том, что:

• 1)    при раздражении различных рецепторов условия воздействия раздражителя на периферические нервные аппараты различны;

• 2)    при реакциях на свет между раздражением и соответствующим нервным импульсом вклинивается промежуточный фотохимический процесс, который занимает некоторый дополнительный промежуток времени [ 2 ].

При этом отмечается, что ведущая роль в системе произвольного двигательного контроля принадлежит проприорецепции [ 1 ], а ее взаимодействие с внешними (зрительными, слуховыми и др.) обратными связями обеспечивает различные переменные произвольных движений (в том числе и дыхательных) – скорость, амплитуду и др. [ 4 ].

Для полноты картины различий функциональных возможностей мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры нами было осуществлено сравнение силы указанных мышечных групп.

С этой целью нами были определены величины максимальной силы мышц правой кисти, инспираторных и экспираторных мышц при максимально возможном соблюдении идентичности условий измерений. Для этого использовалось специальное устройство, состоящее из пневмоманометра, который в одном случае (при измерении силы мышц кисти) соединялся с пневматической медицинской грушей, а во втором случае (при измерении силы дыхательной мускулатуры) со специальным патрубком. Измерения осуществлялись как у мужчин (n = 68), так и у женщин (n = 11).

На рисунке 5 представлены средние величины максимальной силы мышц правой кисти, инспираторной и экспираторной мускулатуры у мужчин и женщин.

Мужчины показывали силу правой кисти, в среднем равную 272,6±4,3 мм рт. ст. Инспираторные мышцы у них развивали давление, равное 111,0±4,5 мм рт. ст., тогда как экспираторные – 142,2±5,8 мм рт. ст. Соотношение силы правой кисти, инспираторных и экспираторных мышц у женщин было таким же, как и у мужчин, но по размерам несколько меньше, соответственно: 229,1 ± 11,5 мм рт. ст.; 94,5 ± 10,8 мм рт. ст. и 110,9 ± 10,8 мм рт. ст. (см. рис. 1).

Из представленных данных со всей очевидностью видно, что и у мужчин, и у женщин максимальная сила мышц правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры в среднем на 91,0 – 148,0 % (P < 0,01).

Рис. 1. Средние величины максимальной силы мышц правой кисти и инспираторной и экспираторной мускулатуры у мужчин и женщин

Таким образом, сравнительный анализ величин времени двигательной реакции дыхательных мускулатуры и мышц кисти руки показал следующее: ВДР дыхательной мускулатуры существенно продолжительней ВДР мышц кисти руки в ответ как на световой, так и звуковой раздражитель в среднем на 45–65 %. ВДР инспираторных мышц меньше ВДР экспираторных, при этом ВДР в ответ на световой раздражитель различаются статистически достоверно. ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители также различаются достоверно. Максимальная сила мышц правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной.

Влияние половых различий на функциональные возможности дыхательной мускулатуры спортсменов

Известно, что отправления и физиологические реакции дыхательной функции весьма существенно различаются в зависимости от половой принадлежности человека. Так, существует определенная зависимость между характерными особенностями паттерна дыхания, способностью точно оценивать дыхательные параметры и полом [3, 8 ].

Вполне закономерно, что и функциональные возможности дыхательной мускулатуры различаются у представителей разных полов. В ряде исследований установлено, что у мужчин более высокие величины силы и выносливости дыхательной мускулатуры и объемной скорости дыхательных потоков [ 7 ].

Вместе с тем половые различия функциональных показателей респираторной мускулатуры у спортсменов исследовались лишь в единичных работах [7], тогда как практическая реализация прикладных программ повышения функциональных возмож- ностей дыхательной мускулатуры неизбежно столкнется с проблемой индивидуализации. Знание и учет особенностей организма различных групп людей будет способствовать эффективному освоению таковых методик и их эффективности.

На первом этапе нами было проведено изучение половых различий времени двигательной реакции на световой и звуковой раздражители скелетной мускулатуры у бегунов и бегуний.

С этой целью были обследованы девушки-бегуньи (n = 10) и юноши-бегуны (n = 29) практически равной подготовленности и возраста (III–II спортивные разряды) и специализирующиеся в одинаковых беговых дисциплинах – бег на средние дистанции (800–1500 метров).

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2

Время двигательной реакции (ВДР) мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры у бегунов и бегуний равной подготовленности (x±m)

Показатели	Женщины (n = 10)	Мужчины (n = 29)	Достоверность различий
Рука – свет, мс	0,226±0,006	0,206±0,006	+
Рука – звук, мс	0,163±0,005	0,145±0,005	+
Инспирация – свет, мс	0,320±0,007	0,291±0,005	+
Инспирация – звук, мс	0,259±0,004	0,233±0,005	+
Экспирация – свет, мс	0,312±0,007	0,302±0,007	-
Экспирация – звук, мс	0,265±0,007	0,239±0,007	+

Анализ показателей времени двигательной реакции (ВДР) мышц кисти руки показал заметные различия по величине в ответ на световой и звуковой раздражители . Звуковой раздражитель сопровождался более быстрой реакцией как у женщин, так и у мужчин, чем световой стимул, что было отмечено нами ранее.

Ранее рядом исследований было установлено, что время двигательной реакции мышц кисти руки у женщин более продолжительное по сравнению с мужчинами, также как и у девочек по сравнению с мальчиками [ 2 ]. Наши результаты полностью подтвердили литературные данные о различии ВДР у женщин и у мужчин [ 2 ], Так, в наших исследованиях показатели ВДР мышц руки у девушек было несколько продолжительнее, чем у юношей – в среднем на 7–11 %.

На следующем этапе исследований выяснялось различие времени двигательной реакции инспираторных и экспираторных мышц у девушек и юношей.

Выяснилось, что так же, как и ВДР мышц кисти руки, ВДР дыхательной мускулатуры у юношей было несколько меньше, чем у девушек. Это наблюдалось по всем исследуемым позициям (как в ответ на световой, так и в ответ на звуковой раздражители, как инспираторных, так и экспираторных мышц). Различия находились в пределах 3,0–10,0%, и в большинстве случаев были статистически значимы.

Результаты, полученные в этой серии исследований, показали, что аналогично мускулатуре кисти руки дыхательные мышцы характеризуются у юношей более короткими отрезками времени двигательной реакции, чем у девушек.

Силовые и скоростные параметры дыхательной мускулатуры изучались у спортсменов двух специализаций, представителей циклических видов спорта – легкоатлетов-бегунов и бегуний и пловцов и пловчих.

Полученные данные представлены в таблице 3.

Представленные данные свидетельствуют, что мужчины обеих спортивных специализаций достоверно превосходят женщин-спортсменок по всем показателям скоро- стно-силовых возможностей дыхательной мускулатуры в среднем на 17,0–40,0% (P < 0,05). При этом в указанный процентный диапазон укладываются различия как у представителей легкой атлетики – бегунов, так и у пловцов.

Таблица 3

Силовые и скоростные параметры дыхательной мускулатуры у спортсменов разного пола (x±m)

Показатели	Л/атлетика – бег		Плавание
	Женщины (n = 8)	Мужчины (n = 20)	Женщины (n = 18)	Мужчины (n = 35)
ПМ вдох, мм рт. ст.	89,4±8,8	118,5±6,3*	101,1±9,2	128,7±8,9*
ПМ выдох, мм рт. ст.	120,6±10,4	153,8±4,9*	132,2±12,4	171,3±7,3*
ПТ вдох, л/с	4,26±0,15	5,82±0,22*	4,72±0,18	6,62±0,25*
ПТ выдох, л/с	4,80±0,16	5,63±0,13*	4,27±0,15	5,43±0,12*

Примечание: * - различия достоверны между группами мужчин и женщин

Обнаруженные нами различия в показателях функционального состояния дыхательной мускулатуры между мужчинами и женщинами согласуются с результатами исследований других авторов [ 7 ]. Эти различия, возможно, могут быть связаны с проявлением биологического закона размерности и масштаба [ 6 ]. Известно, что антропометрическими переменными в большой мере обусловлены половые различия в энергетике организма [ 12 ], показателях внешнего дыхания, его экономичности и эффективности [ 6 ].

Заключение

Таким образом, сравнительный анализ величин времени двигательной реакции дыхательных мышц и мышц кисти руки показал следующее: ВДР дыхательной мускулатуры существенно продолжительней ВДР мышц кисти руки в ответ как на световой, так и звуковой раздражитель в среднем на 45–65 %. ВДР инспираторных мышц меньше ВДР экспираторных, при этом ВДР в ответ на световой раздражитель различаются статистически достоверно. ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители также различаются достоверно. Максимальная сила мускулатуры правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной, в среднем на 91,0 – 148,0 % (P < 0,01).

Функциональные возможности дыхательной мускулатуры женщин-спортсменок несколько ниже таковых, обнаруживаемых у мужчин-спортсменов. Время двигательной реакции респираторных мышц у мужчин статистически достоверно короче, чем у женщин, в среднем на 3,0–10,0%. Скоростно-силовые возможности дыхательных мышц у мужчин превосходят таковые у женщин в несколько большей степени – в среднем на 17,0–40,0% (P < 0,05).