Глава 4. Оценка функционального состояния системы

Внешнего дыхания

Клинические методы исследования

Дыхание в комплексе с кровообращением и системой крови обеспечивает органы и ткани кислородом. Поэтому от состояния и функциональных возможностей дыхания во многом зависит адаптация организма к физическим нагрузкам и спортивная работоспособность.

При исследовании внешнего дыхания, как и других физиологических систем организма, имеются клинические и инструментальные методы.

Клиническое обследование начинается с анамнеза. Выясняют, имеются ли жалобы на кашель, боли в груди, затрудненное дыхание или одышку, так как все это может указывать на заболевание органов дыхания. Интересуются также, нет ли заболеваний в семье (туберкулез, бронхиальная астма и пр.), не подвержен ли обследуемый острым респираторным заболеваниям и частым подъемам температуры.

При осмотре обращают внимание на состояние носовых ходов и ротовой полости, а также тип, симметричность, частоту и глубину дыхания. Взрослый здоровый человек дышит 12-18 раз в 1 мин, глубина дыхания составляет 300-900 см³. У детей дыхание чаще. В пожилом возрасте вследствие уменьшения функциональных возможностей легких дыхание становится более поверхностным и частым. У тренированных спортсменов дыхание глубже и реже. Типы дыхания – грудной (за счет в основном экскурсии ребер), брюшной (преимущественно за счет движений диафрагмы) и смешанный. Последний наиболее эффективен и чаще всего наблюдается у физически тренированных лиц.

Перкуссией определяют плотность легочной ткани (она может изменяться при воспалениях, опухолях и других заболеваниях легких) и подвижность легочных краев.

У здорового человека при аускультации выслушиваются нормальные звуки, возникающие при движении воздуха по воздухоносным путям на вдохе и выдохе (везикулярное дыхание). При заболеваниях легких, бронхов, плевры появляются дополнительные дыхательные звуки, хрипы, шум трения плевры и пр. При воспалительных и других патологических процессах в легких дыхание над соответствующими участками может быть ослаблено.

Во время первичного обследования, а также при наличии жалоб, подозрений на заболевания легких или плевры проводится рентгеновское обследование (просвечивание или рентгенография – снимок легких).

Поскольку заболевания легких (например, опухоли или туберкулез) нередко до определенного времени могут протекать скрыто и выявляются лишь в поздней стадии, когда лечение уже затруднено, для своевременного их выявления широко применяется метод флюорографии (делаются рентгеновские снимки на узкой пленке). Преимущество этого метода перед классическим рентгенологическим обследованием заключается в быстроте, значительно большей пропускной способности, много меньшей дозе облучения и персонала и пациента, больших диагностических возможностях. Все это делает его незаменимым, особенно при массовых обследованиях физкультурников.

Инструментальные методы

Функциональное состояние внешнего дыхания определяется с помощью ряда инструментальных методов, характеризующих легочные объемы, т.е. вентиляцию легких. Показатели вентиляции отражают 1-й этап внешнего дыхания – газообмен между наружным и альвеолярным воздухом.

Легочная вентиляция – важнейший показатель функциональных возможностей дыхания. Она характеризуется общей емкостью легких (ОЕЛ), жизненной емкостью легких, минутным объемом дыхания (МОД), максимальной вентиляцией легких (МВЛ), силой и мощностью вдоха и выдоха, бронхиальной проходимостью.

Общая емкость легких – это максимальное количество воздуха, которое могут вместить легкие и воздухоносные пути. ОЕЛ состоит из жизненной емкости легких и остаточного объема – количества воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха (1000-1200 см³). Кроме того, существует так называемое мертвое пространство – воздух, остающийся в воздухоносных путях после удаления остаточного объема и не принимающий участия в газообмене (примерно 150 см³).

Жизненная емкость легких составляет 75-80% общей емкости легких. ЖЕЛ определяется с помощью специального прибора – водяного или сухого спирометра и соответствует количеству воздуха, который может выдохнуть человек после максимального вдоха.

ЖЕЛ – очень важный и вместе с тем простой показатель. Ее определение – обязательный компонент комплексного врачебного обследования спортсменов и физкультурников. Чем больше ЖЕЛ, тем совершеннее приспособление аппарата внешнего дыхания к физической нагрузке. Величина ЖЕЛ зависит от пола, возраста, роста и веса спортсмена, вида спорта, которым он занимается, уровня его тренированности. У здорового взрослого мужчины ЖЕЛ составляет чаще всего 3,4-5,5 л. С возрастом величина ЖЕЛ снижается. Так, если в 20-29 лет ЖЕЛ равна в среднем 4,5 л, а в 30-39 лет – 4,2 л, то после 50 лет – уже 3,3 л. У детей 11 – 12 лет величина ЖЕЛ равна в среднем 2-4 л, 15 лет – 2-5 л. Под влиянием регулярной тренировки ЖЕЛ увеличивается.

У спортсменов, особенно тренирующихся в видах спорта с преимущественным развитием выносливости, т. е. пловцов, гребцов, бегунов, она достигает 6-7 л и более. У юных спортсменов ЖЕЛ на 600-1500 мл превышает таковую у их сверстников, не занимающихся спортом.

Величину ЖЕЛ оценивают по сравнению с так называемой должной, рассчитанной с учетом основных антропометрических показателей и возраста обследуемого или на основании определения основного обмена, по таблицам Гарриса – Бенедикта.

Должная ЖЕЛ равна основному обмену в ккал, умноженному на коэффициент, равный 2,6 для мужчин и 2,3 для женщин. В норме фактическая ЖЕЛ должна составлять не менее 90% должной. У спортсменов она обычно больше должной. Отношение ЖЕЛ к массе тела называют жизненным индексом.

Помимо общей величины ЖЕЛ важно знать и ее составляющие дыхательный объем, резервные объемы вдоха и выдоха. Дыхательный объем – это объем воздуха, вентилируемый легкими при обычном спокойном выдохе; он равен 300-900 см³. Резервные объемы вдоха и выдоха – количество воздуха, которое может вдохнуть и выдохнуть человек после обычного вдоха и выдоха. Чем больше часть ЖЕЛ приходится на резервный объем вдоха, тем больше потенциальная возможность увеличить дыхательный объем и, следовательно, объем вентиляции. Поэтому структура ЖЕЛ с относительно большим резервным объемом вдоха выгодна для развития функции внешнего дыхания.

Для объективной регистрацииЖЕЛ и ее составляющих можно использовать запись показателей на бумажной ленте с помощью специального прибора – спирографа.

Существует ряд функциональных проб, основанных на измерении ЖЕЛ:

– динамическая спирометрия (проба Шафрановского) – определение ЖЕЛ дои после физической нагрузки (увеличение при этом величин ЖЕЛ свидетельствует о высоких функциональных возможностях внешнего дыхания). В этой пробе обычно в качестве нагрузки используют 3-минутный бег на месте в темпе 180 шагов в минуту для мужчин и 2-минутный бег для женщин;

– спирометрическая кривая (проба Розенталя) – пятикратное изменение ЖЕЛ с интервалами 15 с (рост величин ЖЕЛ или стабильные показания –благоприятный признак);

– форсированная ЖЕЛ (проба Тифно-Вотчала) – определение ее величины при максимально быстром вдохе. Выполняется резкий вдох и затем определение ЖЕЛ за 1, 2, 3 секунды. В норме составляет 85% от ЖЕЛ у незанимающихся спортом и примерно равна ЖЕЛ у спортсменов.

Минутный объем дыхания – количество выдыхаемого из легких воздуха в 1 мин в состоянии мышечного покоя при равномерном дыхании, производное частоты и глубины дыхания. Его величина равна обычно 5-12 л, при физической нагрузке МОД увеличивается до 120-180 л, иногда до 200 и более.

При оценке величины МОД надо учитывать, достигается она преимущественно за счет частоты или глубины дыхания. Функция внешнего дыхания более эффективна при большей глубине и относительно меньшей частоте дыхания, так как при этом больше воздуха попадает в легочные альвеолы. У детей увеличение МОД при физических нагрузках происходит в большей мере за счет частоты, чем глубины, дыхания.

Определяют МОД утром натощак с помощью мундштука с вентилем и газового счетчика. Если надо определить эту величину при выполнении физической нагрузки, воздух собирают в мешки Дугласа с последующим измерением его количества на газовом счетчике. Можно измерить МОД и с помощью спирографии.

Максимальная вентиляция легких – это наибольший объем воздуха, вентилируемый легкими за 1 мин при максимальном усилении дыхания за счет увеличения его частоты и глубины. МВЛ характеризует резервные возможности дыхания, показывая, насколько полно и эффективно используются ее резервы. Определяется МВЛ с помощью газового счетчика за 15-20 с с последующим пересчетом на 1 мин.

Должная МВЛ равна: Фактическая ЖЕЛ/2 х 35

Для хорошо тренированных спортсменов применяется другая формула:

Фактическая ЖЕЛ/3 х 70

Определив МВЛ, ее сравнивают с должной. Если фактическая составляет 100% или более от должной, это свидетельствует о высокой функциональной способности дыхательного аппарата.

Важным показателем функциональных возможностей внешнего дыхания служит разница между величинами МОД и МВЛ, поскольку она характеризует возможность обследуемого к увеличению вентиляции. Если из МВЛ вычесть МОД в покое, получим величину, показывающую, насколько спортсмен может увеличить резерв дыхания. В норме он составляет 91-92% МВЛ.

Коэффициент резервных возможностей дыхания (КРД) отражает резервные возможности системы внешнего дыхания.

КРД = (МВЛ – МОД) х 10/МВЛ

КРД ниже 70% указывает на значительную степень снижения функциональных возможностей дыхания.

Мощность вдоха и выдоха – максимальная объемная скорость потока воздуха при вдохе и выдохе. Она определяется с помощью пневмотахометра и выражается в л/с. Мощность вдоха равна мощности выдоха и составляет у мужчин 5-8 л/с, у женщин – 4-6 л/с. У спортсменов мощность вдоха, как правило, превышает мощность выдоха за счет относительного углубления дыхания.

Сила дыхательных мышц определяется в мм. рт. ст. и отражает изменение давления, развивающегося в легких при натуживании в связи с выдохом или напряжении при вдохе. Измеряется с помощью пневмоманометра или пневмотахометра. Сила выдоха значительно больше силы вдоха – соответственно 80-200 и 50-70 мм. рт. ст.

У лиц старших возрастов сила дыхательных мышц и бронхиальная проходимость снижаются. У детей вследствие меньшего диаметра бронхов требуется больше усилий для необходимого увеличения дыхательных объемов при физических нагрузках.

Пробы Штанге и Генчи дают некоторое представление о способности организма противостоять недостатку кислорода.

Проба Штанге. Измеряется время максимальной задержки дыхания после глубокого вдоха в сек. Должна составлять в норме 50-60 сек., у детей – 20-55 сек., спортсмены высокой квалификации – до 5 минут, спортсменки – от 1,5 до 2,5 мин.

Проба Генчи – время задержки дыхания на выдохе в сек. У взрослых составляет в норме 30-40 сек., у детей – 12-15 сек, спортсмены высокой квалификации – 60-90 сек. При хроническом утомлении время задержки дыхания уменьшается.

При обследовании физкультурников и спортсменов широко используется изучение газообмена между легкими и кровью. Для этого определяется концентрация вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, что отражает поглощение кислорода и выделение углекислоты в разных условиях.

При современной технике определение газообмена в стационарных условиях значительно облегчено и проводится прямым способом с помощью газоанализаторов. При отсутствии газоанализаторов, а также при проведении исследований в естественных условиях тренировки выдыхаемый воздух собирают в мешки Дугласа с последующим его анализом в лаборатории.

Весьма важным показателем функциональных возможностей организма является его аэробная производительность – предельный объем кислорода, который может быть поглощен в единицу времени, так называемое МПК (максимальное поглощение кислорода). МПК – комплексный показатель, зависящий не только от функциональной способности внешнего дыхания, но и от состояния гемодинамики, легочного кровообращения, кислородной емкости крови, активности ферментных систем, особенностей регуляции и др.

Считают, что между величиной МПК и физической работоспособностью имеется определенное соответствие, особенно у спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость. Величина МПК в пределах 5-6 л, или 60-80 мл на 1 кг массы тела для мужчин и 3-4 л для женщин, считается достаточно высокой.

У детей и подростков вследствие несовершенства регуляции и меньшей кислородной емкости крови функциональный резерв дыхания меньше по сравнению со взрослыми, поэтому у них физическая нагрузка сопровождается большим кислородным долгом. Величина МПК существенно ниже таковой у взрослых. С увеличением мышечной массы и повышением тренированности МПК увеличивается.

После 40 лет МПК уменьшается, а кислородная стоимость работы увеличивается. К 65-70 годам способность к МПК составляет не более половины таковой у лиц молодого возраста.

Для определения МПК используется работа нарастающей мощности. В конце каждого этапа нагрузки, выполняемого 3 минуты, берется забор воздуха, который подвергается анализу для определения процента поглощенного кислорода. С увеличением мощности работы увеличивается (до определенных, индивидуальных пределов) и потребление кислорода. Когда при повышении мощности работы поглощение кислорода перестает увеличиваться, фиксируется величина максимального поглощения кислорода. Наиболее точные цифры МПК получаются при работе на велоэргометре.

Исследование насыщения артериальной крови кислородом. Главная задача функции внешнего дыхания – поддержание нормального уровня насыщения артериальной крови кислородом, которое в норме составляет 96-98%. Эта цифра говорит о том, что 96-98% всего гемоглобина насыщено кислородом. Измерения насыщения артериальной крови производятся с помощью метода оксигемометрии, который позволяет бескровным фотоэлектроколориметрическим способом непрерывно и длительно следить за этим показателем. Датчик прибора (оксигемометра или оксигемографа) надевается на ухо обследуемого. С одной стороны датчика находится лампочка, просвечивающая ухо, с другой – фотоэлемент. Свет проходит через ухо, частично поглощается, а частично попадает на фотоэлемент. Количество поглощенного света зависит от количества оксигемоглобина. Чем больше его, тем ярче кровь и больше света попадает на фотоэлемент, в котором возникает электрический ток. Прибор откалиброван таким образом, что изменение силы тока показывается в процентах изменения насыщения артериальной крови кислородом.

Оксигемометрия может быть использована при проведении функциональных проб с физической нагрузкой и при пробах с задержкой дыхания. В первом случае после прогрева уха и прибора стрелка прибора устанавливается на исходное 96%-ное насыщение артериальной крови кислородом, и затем выполняется физическая нагрузка. При недостаточно хорошем функциональном состоянии функции внешнего дыхания снижение насыщения крови кислородом происходит уже при небольшой физической нагрузке.

При пробе с задержкой дыхания определяется, сколько времени насыщение артериальной крови держится на исходном уровне, на сколько процентов падает насыщение в последующем, как долго происходит задержка дыхания и как долго длится затем восстановление насыщения крови 0₂ до исходного уровня. Все эти показатели имеют важное диагностическое значение для оценки функционального состояния человека.

Объем исследования функционального состояния системы внешнего дыхания у занимающихся физической культурой и спортом зависит от задачи, этапа и условий обследования, возраста и квалификации обследуемого, вида спорта, наличия жалоб и пр. Исследование системы внешнего дыхания особенно нужно для представителей тех видов спорта, где эта функция играет особенно важную роль в обеспечении специальной работоспособности: плавании, гребле, лыжном спорте, беге на длинные дистанции и пр., а также в целях экспертизы для лиц с какими-либо жалобами, выявленными при клинических обследованиях.

Некоторыми методами оценки функционального состояния системы внешнего дыхания (например, определением ЖЕЛ, максимальной вентиляции, устойчивости к кислородному голоданию при пробах с задержкой дыхания, газообмена и пр.) тренер (преподаватель физической культуры) может пользоваться самостоятельно. Но обязательным условием при этом должно быть хорошее самочувствие обследуемого, отсутствие у него каких-либо жалоб и нарушений в состоянии здоровья.

Под влиянием регулярной тренировки функция внешнего дыхания, как и другие функции организма, отчетливо совершенствуется. Вентиляция легких увеличивается главным образом за счет глубины дыхания при меньшем его учащении. Увеличивается ЖЕЛ (причем фактическая, как правило, превышает должную). Улучшаются показатели всех функциональных проб, основанных на измерении ЖЕЛ в различных условиях. Увеличивается разница между показателями МОД и МВЛ, главным образом за счет более глубокого дыхания. Увеличивается сила дыхательных мышц; мощность вдоха превышает мощность выдоха. У тренированных лиц выше бронхиальная проходимость и диффузионная способность легких, значительно больше аэробная и анаэробная производительность.

При физических нагрузках тренированный организм способен к большему увеличению дыхательных объемов, полному и эффективному использованию резервов дыхания при более быстром восстановлении.

При переутомлении и перетренированности показатели внешнего дыхания ухудшаются, что отчетливо проявляется при физических нагрузках.