4. Усиление газообмена при мышечной работе. Понятие о кислородном долге

В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным. Дополнительно человек может вдохнуть еще около 1500 мл, а после спокойного выдоха может выдохнуть сверх того около 1500 мл резервного воздуха. Если сделать максимальный вдох, а затем через мундштук в специальный газомер максимальный выдох, то в него поступит дыхательный, дополнительный и резервный воздух - в среднем 3500 мл. Этот воздух составляет жизненную емкость легких. После максимального выдоха в легких всегда остается остаточный воздух (около 1500 мл). Соотношение объемов воздуха при дыхании представлено на рисунке 22.

Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.

Рис. 22. Соотношение объемов воздуха, находящегося в легких

Таким образом, при спокойном дыхании грудная полость не расширяется и не спадается до минимума, а в случае необходимости объем дыхательных движений может увеличиться в сторону вдоха и выдоха, благодаря чему значительно вырастает объем воздуха, входящего в легкие.

Обмен воздуха между альвеолами легких и внешней средой осуществляется в результате ритмичных дыхательных движений грудной клетки. При вдохе объем грудной клетки и легких увеличивается, давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути входит в легочные альвеолы. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, давление в легких повышается и воздух выходит из них наружу.

В альвеолах происходит обмен газов. Кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ выделяется из крови в альвеолярный воздух. Состав воздуха в альвеолах непрерывно обновляется. Во время вдоха сюда поступает воздух с большим содержанием кислорода (О₂), а во время выдоха удаляется воздух, содержащий в большом количестве углекислый газ (CO₂). Этим самым поддерживается определенная концентрация CO₂ и O₂ в альвеолярном воздухе и в крови.

Во время мышечной работы усиленное потребление кислорода приводит к увеличению легочной вентиляции за счет углубления и учащения дыхания. В спокойном состоянии взрослый человек делает 10-20 дыханий в минуту, при этом легочная вентиляция - количество воздуха, пропускаемого легкими, составляет от 4 до 7 л. При выполнении работ повышенной тяжести легочная вентиляция может достичь нескольких десятков литров (90-120) воздуха в минуту, а частота дыханий увеличиться до 50 и более. Возрастает также коэффициент использования кислорода, который определяется как отношение потребления кислорода (в литрах) к легочной вентиляции (в литрах). В состоянии покоя он равен 3-3,5%, во время работы он выше - до 5%. Количество кислорода, потребляемого человеком в покое, составляет 150-300 мл в минуту. При выполнении некоторых работ оно может возрасти в 10-15 раз и достичь 1-3 л в минуту, максимально - 5 л.

Усиление легочной вентиляции при выполнении работы обеспечивается по-разному. Иногда наблюдается, особенно у нетренированных людей, неуравновешенность дыхания, его задержка при физическом напряжении. Лишь в результате повторения работы дыхание становится отрегулированным. Исследования показали, что у тренированных людей физиологический эффект достигается благодаря установлению с самого начала работы умеренного глубокого дыхания. В отличие от этого у нетренированных людей частота дыхания по мере нарастания работы увеличивается, а глубина его уменьшается. Редкое, но более глубокое дыхание значительно эффективнее, так как альвеолы вентилируются в данном случае лучше.

Регуляция дыхания во время мышечной работы осуществляется из центральной нервной системы по двум направлениям:

а) в результате безусловной рефлекторной саморегуляции, в которой в качестве наиболее сильного химического стимулятора дыхательной деятельности выступает углекислый газ. Накопление CO₂ в крови при одновременном уменьшении O₂ приводит к раздражению хеморецепторов, расположенных в аорте и полых венах. Раздражение их передается в центральную нервную систему, ответом является усиление дыхательной деятельности;

б) путем образования условных рефлексов на основе безусловных. На производстве обстановка цеха, его вид и специфические звуки вызывают углубление и учащение дыхания, если человек в этом помещении подвергается действию GO₂ повышенной концентрации. При мышечной работе дыхание стимулируется в значительной мере условно-рефлекторным воздействием, при этом сама мышечная работа превращается в условный сигнал усиления дыхания.