В) Дыхание. Гипоксия.

Дыхание – комплекс физиологических процессов осуществляемый дыхательным аппаратом и системой кровообращения, обеспечивающей питание тканей организма О₂ и выведение из них углекислого газа.

Дыхательный аппарат человека состоит из легких, находящихся в полости грудной клетки; воздухоносных путей – полости носа, носоглотка, глотка, трахея; грудной клетки и дыхательной мускулатуры.

Трахея в нижней своей части делится на два бронха, каждый из которых, входя в легкие, древовидно разветвляются. Конечные мельчайшие разветвления бронхов (бронхиолы) переходят в закрытые альвеолярные ходы, в стенках которых имеется большое количество шаровидных вытягиваний – легочных пузырьков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сеткой кровеносных капилляров. Общая поверхность легочных пузырьков очень велика, она в 50 раз превышает поверхность кожи человека и составляет 100 м².

Легкие располагаются в герметически закрытой полости грудной клетки. Они покрывают тонкой гладкой оболочкой – плеврой, такая же оболочка выстилает изнутри полость грудной клетки. Щель, образованная между этими двумя листами плевры, называется плевральной областью.

Давление в плевральной полости всегда ниже атмосферного при выдохе на 3-4 мл.рт.ст., при вдохе – на 7-9 мм.рт.ст. Обмен воздуха в легких происходит в результате дыхательных движений грудной клетки. При расширении полости грудной клетки, которое сопровождается понижением в ней давления, в легкие засасывается порция воздуха, происходит вдох. Затем полость грудной клетки уменьшается и воздух из легких выталкивается, происходит выдох.

Расширение полости грудной клетки осуществляется в результате деятельности дыхательной мускулатуры. В покое при вдохе полость грудной клетки расширяют специальная дыхательная мышца – диафрагма и наружные межреберные мышцы; при интенсивной физической работе включаются зубчатые, лестничные и другие мышцы. Выдох в покое производится пассивно, при расслаблении мышц, осуществляющих вдох, грудная клетка под воздействием силы тяжести и атмосферного давления уменьшается. При интенсивной физической работе в выдохе участвуют мышцы брюшного пресса, внутренние межреберные, зубчатые и другие мышцы.

Систематические занятия физическими упражнениями и спортом укрепляют дыхательную мускулатуру и способствуют увеличению объема и подвижности (экскурсия) грудной клетки.

Различают: внешнее дыхание, при котором О₂ из атмосферного воздуха переходит в кровь, а СО₂ из крови – в атмосферный воздух; перенос газов кровью; тканевое дыхание – потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии для обеспечения процессов жизнедеятельности.

Внешнее дыхание осуществляется в альвеолах легких. Здесь через полупроницаемые стенки альвеол и капилляров происходит переход О₂ из воздуха, заполняющего полости альвеол, в кровяное русло капилляров, а СО₂ из крови в полость альвеол. Молекулы О₂ и СО₂ осуществляют этот переход за сотые доли секунды.

После переноса О₂ кровью к тканям осуществляется тканевое дыхание. Кислород переходит из крови в межтканевую жидкость и оттуда в клетки тканей, где используется для обеспечения процессов обмена веществ. СО₂, интенсивно образующейся в клетках, переходит в межтканевую жидкость и затем в кровь. С помощью крови он транспортируется к легким, из которых выводится из организма.

Переход О₂ и СО₂ через полупроницаемые сетки альвеол, капилляров и оболочек эритроцитов и клеток тканей происходит путем диффузии (перехода) и обусловлен разностью парциального давления каждого из этих газов.

Затраты энергии на физическую работу обеспечиваются биохимическими процессами, происходящими в мышцах в результате окислительных реакций, для которых постоянно необходим О₂ .

Во время мышечной работы для увеличения газообмена усиливаются функции дыхания и кровообращения. Совместная работа системы дыхания и кровообращения по газообмену оценивается рядом показателей работоспособности: частотой дыхания, дыхательным объемом, легочной вентиляцией, жизненной емкостью легких (Ж.Е.Л.), кислородным запросом, потреблением кислорода.

Частота дыхания Средняя частота дыхания в покое составляет 18-20 циклов в минуту. Один цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. У женщин частота дыхания на 1-2 цикла больше. У спортсменов в покое частота дыхания снижается до 8-12 циклов в минуту за счет увеличения глубины дыхания, дыхательного объема. При физической работе частота дыхания увеличивается, например, у лыжников и бегунов – да 20-28, у пловцов – до 36-45. Наблюдались случаи увеличения дыхания до 75 циклов в минуту.

Дыхательный объем - количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле. В покое дыхательный объем находится в пределах от 350 до 800 мл. Величина дыхательного объема зависит от степени тренированности человека к физическим нагрузкам. При интенсивной физической работе дыхательный объем может увеличиваться до 2,5 л и более.

Легочная вентиляция – объем воздуха, который проходит через легкие за одну минуту. Величина легочной вентиляции определяется умножением величины дыхательного объема частоту дыхания.

Жизненная емкость легких (Ж.Е.Л.) – максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после максимального вдоха. Средняя величина Ж.Е.Л. составляет у мужчин 3800-4200 мл., у женщин – 3000-3500 мл. Величина Ж.Е.Л. зависит от возраста, веса, роста, пола, состояния физической работоспособности и других факторов. Среднюю величину Ж.Е.Л. можно определять по номограмме Миллера (схема).

Кислородный запрос - количество О₂ , необходимое организму в 1 минуту для окислительных процессов в покое или для обеспечения работы различной интенсивности. Кислородный запрос соответствует величине расхода энергии на выполняемую работу. В покое для обеспечения процессов жизнедеятельности организму требуется 250-300 мл. кислорода. При интенсивной физической работе кислородный запрос может увеличиваться в 20 и более раз. Например, при беге на 5 км. величина кислородного запроса у спортсменов достигает 5-6 л. Суммарный ( общий О₂ ) запрос – количество О₂ , необходимое для обеспечения выполнения всей предстоящей работы.

Потребление кислорода – количество кислорода, фактически использованного организмом в покое или выполнении какой-либо работы за 1 минуту. Максимальное потребление кислорода (М.П.К.) – наибольшее количество О₂, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе. М.П.К. является важным критерием функционального состояния дыхания и кровообращения. Способность организма к М.П.К. имеет предел, который зависит от возраста, состояния С.С.С., дыхания, от активности протекания процессов обмена веществ и от степени физической тренированности.

У не занимающихся спортом предел М.П.К. находится на уровне 2-3,5 л/мин. У спортсменов: у женщин – 4 л/мин., у мужчин – 6 л/мин. и более. Абсолютная величина М.П.К. зависит так же от массы тела, поэтому для ее более точного определения высчитывается относительное М.П.К. на 1 кг. массы. Для сохранения здоровья необходимо обладать способностью потреблять кислород как минимум на 1 кг. – женщинам не менее 49 мл/мин., мужчинам – не менее 50 мл/мин. М.П.К. является показателем аэробной (кислородной) производительности организма, то есть его способности выполнять интенсивную физическую работу при достаточном количестве поступающего в организм О₂ для получения необходимой энергии.

По проценту потребления кислорода от М.П.К. можно регулировать интенсивность тренировочных нагрузок путем определения Ч.С.С. по пульсу. Считается, что для повышения уровня аэробной производительности следует выполнять тренировочные нагрузки с частотой пульса 150-180 ударов в минуту.

Кислородный долг - количество О₂, необходимое для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе. При интенсивной длительной работе возникает суммарный кислородный долг, который ликвидируется после окончания работы. Величина максимально возможного суммарного кислородного долга имеет предел (потолок). У нетренированных людей он находится в пределах 10 л., у тренированных может достигать 20 л. и более.

Когда в клетки тканей поступает меньше О₂, чем нужно для полного обеспечения потребности в энергии, наступает кислородное голодание, или гипоксия. Гипоксия может наступать по различным причинам. Внешними причинами могут являться загрязнение воздуха, подъем на высоту и так далее. В этих случаях падает парциальное давление О₂ в атмосферном и альвеолярном воздухе и смешивается количеством О₂, поступающего в кровь для доставки к тканям. Если на уровне моря парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе равно 159 мл.рт.ст., то на высоте 3000 м оно снижается до 110 мл.рт.ст., и так далее. Внутренние причины гипоксии зависят от состояния дыхательного аппарата и С.С.С. организма человека, проницаемости стенок альвеол и капилляров, количества эритроцитов в крови и процентного содержания в них гемоглобина, от степени проницаемости оболочек клеток тканей и их способности усваивать доставляемый кислород. Гипоксия по внутренним причинам возникает при гиподинамии и умственном переутомлении, а так же при различных болезнях; при этом она связана с нарушением процессов дыхания, снижением доставки кислорода к тканям м с недостаточным усвоением О₂ в различных органах и тканях. Гипоксия тканей, возникающая от подобных причин, нарушает биохимические реакции обмена веществ и другие процессы, что может послужить причиной многих болезней. При интенсивной мышечной работе наступает двигательная гипоксия. Что бы как можно полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм мобилизует мощные компенсаторные физиологические механизмы. Они «работают» на различных участках, по которым О₂ следует из окружающей атмосферы в клетки тканей. Путь О₂ от легочных альвеол к клеточным митохондриям довольно сложен, величина его потока зависит от совершенства функций каждого из участков этого пути (легкие, кровь, С.С.С., ткани и, наконец, клетка.). Исходным фактором в регуляции кислородного режима в организме является кислородным запросом функционирующих тканей. Нарушение транспорта кислорода к тканям может возникать на разных этапах его продвижения, что и служит, одной из причин возникновения как обшей, так и местной гипоксии в органах и тканях организма человека. Систематические физические тренировки не только развивают функциональные способности органов внешнего дыхания, но и улучшают функции всех участков пути, по которому следует кислород. Напряженность работы всей функциональной системы, обеспечивающей снабжение организма кислородом, резко увеличивается при интенсивных физических упражнениях, когда его потребление возрастает в 15-20 раз.