Вентиляційний еквівалент за киснем

При тривалому виконанні м'язової діяльності середньої інтенсивності вентиляція, як правило, відповідає інтенсивності обміну енергії. Вона має тен­денцію змінюватися прямо пропорційно об'ємам кисню, що спожився та діоксиду вуглецю, що продукується організмом. Розглянемо, як тісно дихання пов'язане зі споживанням кисню.

Відношення об'єму вентильованого повітря (V_е) до кількості спожива­ного тканинами кисню Vо₂ ілюструє економічність дихання. Це відношення називається вентиляційним еквівалентом за киснем, або V_е/Vо₂.

Він вимірюється відношенням кількості повітря, котрим ми дихаємо (у літрах), до кількості споживаного кисню (у літрах).

У стані спокою V_е/Vо_2. коливається від 23 до 28 л повітря на 1 л спожи­ваного кисню. Цей показник незначно змінюється при помірному навантажен­ні, наприклад при ходьбі. Однак зі збільшенням інтенсивності навантаження до майже максимальних рівнів V_е/Vо_2., може перевищити 30 л повітря /1 л кис­ню. Принципово V_е/Vо_2.. залишається відносно постійним при значному коли­ванні рівнів навантаження. Це свідчить про те, що системи регуляції дихання адекватно реагують на потреби організму у кисні. Навіть у таких видах спор­ту, як плавання, де дихання має здійснюватися синхронно з циклом гребка ру­кою, V_е/Vо₂ практично не відрізняється від показників, характерних для інших видів діяльності.

Контрольні питання

1. Описати анатомічні структури, що приймають участь у процесі легеневої вентиляції.

2. Які м'язи пов'язані з процесом дихання? Розказати про їх функції під час легеневої вентиляції.

3. Що таке парціальний тиск кисню та діоксиду вуглецю у повітрі, котре вдихається, у альвеолярному повітрі, артеріальній та змішаній венозній крові?

4. У якому вигляді транспортується кров'ю кисень та діоксид вуг­лецю?

5. Які хімічні стимули регулюють частоту й глибину дихання? Як вони контролюють дихання під час фізичного навантаження? Яку дію справляє на них довільна гіпервентиляція?

6. Які ще чинники регулюють вентиляцію під час фізичного наванта­ження?

7. Що таке вентиляторний еквівалент за киснем та діоксидом вуглецю?

3.5. Адаптація кардіореспіраторної системи до систематичних занять фізичними вправами Адаптаційні реакції серцево-судинної системи

МСК: аеробна потужність. Більшість фахівців у галузі фізичного виховання та спорту розглядають показник МСК, що відображає аеробну потужність як найбільш оптимальну та об'єктивну міру оцінки кардіореспіраторної витривалості. МСК — це максимальна інтенсивність утилізації кисню при максимальному або вис­нажливому навантаженні. Подальше збільшення навантаження після досяг­нення МСК призводить до стабілізації (плато) або деякого зниження показни­ка утилізації кисню.

Досягнення плато вказує на те, що виконувана вправа наближається до завершення, оскільки організм вже не може збільшувати доставку кисню у м'язи. Таким чином, це межа: МСК визначає інтенсивність роботи або темп, котрий ви можете підтримати. Людина може продовжувати виконання вправи протягом короткого часу після досягнення МСК, використовуючи свої ана­еробні резерви, котрі також не безмежні.

Тренування, спрямоване на розвиток витривалості, збільшує кількість кисню, що доставляється та утилізується.

Деяке поліпшення кардіореспіраторної функції можливе і внаслідок ана­еробного тренування «вибухового» типу та силового тренування, однак МСК при цьому практично не підвищується.

Розмір серця. В результаті тренування, спрямованого на розвиток витривалості, у відповідь на підвищені робочі потреби відбувається збільшення маси та об’єму серця, а також розміру камер і потужності міокарда лівого шлу­ночка. Серцевий м’яз подібно зі скелетним гіпертрофується внаслідок тре­нувань спрямованих на розвиток витривалості. Якийсь час гіпертрофія серцевого м'яза, обумовлена фізичними навантаженнями.

Найбільших змін зазнає лівий шлуночок — камера серця, що працює найінтенсивніше. Спочатку припускали, що ступінь змін та ділянки, що заз­нають змін, залежать від типу навантаження. Ті, хто дотримувався цієї дум­ки, стверджували, що під час силового тренування серце має скорочувати­ся, долаючи високий тиск крові у великому колі кровообігу. Це явище наз­вали високим навантаженням, переборюваним м'язом при скороченні. Вва­жали, що для подолання такого високого навантаження при скороченні роз­мір серцевого м'яза має збільшитися, тим самим збільшуючи його скорот­ливу здатність.

Тренування, спрямованого на розвиток витривалості викликає збільшення наповнення лівого шлуночка, внаслідок зумовле­ного тренуванням збільшення об’єму плазми, що веде до підвищення кінцево-діастолічного об’єму лівого шлуночка (висувалося припущення, що адаптація серця буде полягати у збільшенні внутрішніх розмірів лівого шлуночка, а от­же, й розміру камери).

Систолічний об’єм (ударний об’єм крові). Тренувальні навантаження, спрямовані на розвиток витривалості, при­водять до загального збільшення систолічного об'єму. Систолічний об'єм у спокої значно вищий після тренувальної програми, спрямованої на розвиток витривалості, ніж до неї. Таке саме збільшення внаслідок тренування спосте­рігається при виконанні стандартних субмаксимальних та максимальних навантажень. Ударний об’єм крові у спокої в нетренованих людей складає 55- 75 мл, спортсменів – 80-120 мл, а максимальний ударний об’єм відповідно: 80-110 мл та 130 і більше мл.

Після тренування лівий шлуночок повніше заповнюється кров'ю під час діастоли порівняно з нетренованим серцем - збільшується об'єм плазми крові, що дає мож­ливість більшій її кількості надійти у шлуночок, і в ре­зультаті зростає кінцево-діастолічний об'єм. Внаслідок попадання у шлуночок більшої кількості крові підвищується розтяг­неність м'язів і збільшується елас­тична тяга.

Перегородка та задня стінка лівого шлуночка гіпертрофуються в результаті тренування, спрямованого на розвиток витривалості. Збільшена м'язова маса шлуночка може здійснити сильніші скорочення. Підвищена скоротлива здатність призводить до зниження кінцево-систолічного об'єму, оскільки в результаті енергійніших скорочень з серця викидається більший об'єм крові і після систоли у лівому шлуночку її залишається менше.

Підвищена скоротлива здатність у сполученні з сильнішою еластичною тягою, зумовленою повнішим діастоличним наповненням, збільшує фракцію викиду у тренованому серці. У лівий шлуночок надходить більше крові, і з кожним скороченням викидається більша кількість крові, що надійшла, тим самим збільшується систолічний, або ударний об'єм крові.

Частота серцевих скорочень. Частота серцевих скорочень у спокої. У результаті тренувальних на­вантажень, спрямованих на розвиток витривалості, ЧСС у спокої помітно зни­жується. Через 10 тижнів навантажень се­редньої інтенсивності, спрямованих на розвиток витривалості, частота серцевих скорочень у спокої має знизитися з 80 до 70 уд./хв. Механізм, що зумовлює це зниження, вивчений недостатньо. Вірогідно, при цьому парасим­патична активність серця збільшується, а симпатична зменшується.

У відмінно підготовлених спортсменів, які займаються видами спорту, що потребують прояву витривалості, ЧСС у спокої становить менше 40 уд./хв, а в деяких — менше 30 уд./хв.

Субмаксимальна частота сер­цевих скорочень. При субмакси­мальному фізичному навантаженні вищий рівень аеробної підготовле­ності проявляється нижчою часто­тою серцевих скорочень при вико­нанні роботи певної інтенсивності. При роботі певної інтен­сивності, визначеної як певна швид­кість, з котрою обстежуваний виконує ходьбу або біг, ЧСС після тренування нижча, ніж до тренування. Після 6-місячної тренувальної програми, спрямованої на розвиток витривалості, ЧСС звичайно знижується на 20-40 уд./хв при стандартному навантаженні суб­максимальної інтенсивності.

Таке сповільнення ЧСС свідчить про те, що внаслідок тренування підви­щується продуктивність серця. Здійснюючи свої функції, треноване серце ви­конує менший обсяг роботи, ніж нетреноване.

Максимальна частота серцевих скорочень (ЧСС_МАКС), як правило, змі­нюється мало. При максимальних рівнях навантаження вона звичайно зали­шається відносно незмінною навіть після тренування, спрямованого на розви­ток витривалості. Разом з тим у деяких дослідженнях було відмічено, що у нетренованих людей з ЧСС_МАКС понад 180 уд./хв у результаті тренування вона трохи знижується. Відомо, що у добре підготовлених спортсменів, які займа­ються циклічними видами спорту, максимальна частота серцевих скорочень нижча, ніж у нетренованих людей такого ж віку.

Відновлення частоти серцевих скорочень. Під час фізичного навантаження ЧСС підвищується для задоволення потреб пра­цюючих м'язів. Після завершення фізичної вправи ЧСС не одразу повертаєть­ся до вихідного рівня. Деякий час вона залишається підвищеною. Час, необ­хідний для того, щоб ЧСС повернулася до вихідного рівня, називається періо­дом відновлення частоти серцевих скорочень.

Під впливом тренувальних навантажень ЧСС значно швидше повертається до вихідного рівня. Швидше відновлення вихідного рів­ня ЧСС у тренованого спортсмена відбувається як після стандартних субмак­симальних навантажень, так і після максимальних.

Оскільки після тренування, спрямованого на розвиток витривалості, пе­ріод відновлення ЧСС є більш коротким, його можна використати як показник кардіореспіраторної підготовленості. Загалом, більш тренована людина швид­ше відновлюється після стандартного фізичного навантаження, ніж менш тре­нована. Слід відмітити, що на час відновлення ЧСС окрім рівня тренованості можуть впливати й інші чинники. Наприклад, тривалість відновлення ЧСС збільшується після виконання вправ в умовах високогір'я або в умовах підви­щеної температури повітря. Окрім того, у деяких людей може спостерігатися сильніша реакція симпатичної нервової системи під час виконання вправи.

Крива відновлення ЧСС є відмінним інструментом для спостереження за прогресом спортсмена у процесі підготовки. Однак через можливий вплив ін­ших чинників не рекомендується використовувати його для порівняння одно­го спортсмена з іншим.

Силове тренування та частота серцевих скорочень. Досі ми розгляда­ли ЧСС з позицій тренування, спрямованого на розвиток витривалості. Щодо силового тренування, то, як показали результати деяких досліджень, ЧСС у спокої та при стандартному субмаксимальному навантаженні може зменшува­тися, однак таке сповільнення спостерігали не в усіх дослідженнях. Зниження ЧСС, що спостерігалося у ряді досліджень, було набагато мен­шим за те, що спостерігалося після тренування, спрямованого на розвиток витривалості. Передбачалося, що зниження ЧСС залежить від таких чинників програми силового тренування:

1) обсягу тренувань; 2) інтенсивності тренувань; 3) тривалості занять; 4) тривалості відпочинку між вправами; 5) м'язової маси, залученої у роботу.

Механізми, що зумовлюють зниження ЧСС внаслідок силового тренуван­ня, невідомі. Можливо, вони можуть бути пов'язані зі зміною розміру серця та скоротливої здатності міокарда внаслідок тренування, про що йшлося на по­чатку розділу.

Серцевий викид (хвилинний об'єм кровообігу). У спокої, а також при виконан­ні субмаксимального навантаження зі стандартною інтенсивністю робо­ти серцевий викид мало змінюється під впливом тренування, спрямова­ного на розвиток витривалості. Під час навантаження при однаковій субмаксимальній інтенсивності ме­таболізму (то означає певну інтен­сивність утилізації кисню, наприк­лад, 1,5 л/хв) серцевий викид мо­же трохи зменшитися в результаті збільшення артеріовенозної різниці за киснем, що відображає підвищене споживання кисню тканинами.

Разом з тим серцевий викид значно підвищується при максималь­них інтенсивностях роботи. Це пояснюється головним чином збільшенням максимального систолічного об'єму, оскільки ЧСС якщо і змінюється, то незначно. Максимальні показники серцевого викиду у потренованих людей становлять 14-16 л/хв, у тренова­них — 20-25 л/хв, у відмінно підготовлених спортсменів, які займаються ви­дами спорту, що потребують прояву витривалості, — 40 л/хв і вище.

Кровоток. Для забезпечення підвищеного кровотоку у тренованих м'язах утворю­ються нові капіляри. Кровопостачання тканин стає повнішим. Збільшення числа капілярів звичайно виражене у збільшенні їх кількості у м'язовому во­локні або у поліпшенні відношення щодо капілярів та м'язових волокон.

У тренованих м'язах більше активних капілярів, що збільшує кількість крові, яка проходить по них до м'язів. Оскільки тренування, спрямоване на розвиток витривалості, також збільшує об'єм крові, то адаптація здійснюєть­ся легко, бо вже з самого початку у системі міститься більше крові, тому збіль­шення кровотоку у капілярах не справляє значного впливу на венозне повер­нення.

Збільшення кровотоку в активних м'язах забезпечується і за рахунок ефективнішого перерозподілу серцевого викиду. Кровоток спрямовується до активних м'язів і відводиться від ділянок, котрі не потребують підвищеного кровопостачання. Тренування, спрямоване па розвиток витривалості, також не може призвести до зниження розтягненості вен в результаті підвищення веноз­ного тонусу. Це означає, що кров меншою мірою розширює вени, отже, менша її кількість накопичується у венозній системі, водночас збільшується об'єм артеріальної крові, необхідної працюючим м'язам.

Артеріальний тиск. Тренування, спрямованого на розвиток витривалості, артеріальний тиск змінюється незначно під час стандартних субмаксимальних наванта­жень або при максимальній інтенсивності роботи. Однак у людей з транзиторною або помірною гіпертензією в результаті тренувальних навантажень артеріальний тиск у спокої, як правило, знижується.

Силові вправи, наприклад підняття великої ваги, можуть значно підвищити як систолічний, так і діастолічний тиск крові, однак такі значні навантаження, як правило, не приводять до підвищення артеріального тиску у спокої. Гіпертензія не є характерною для важкоатлетів високого класу, а також спортсменів, які займаються силовими видами спорту. Взагалі серцево-судинна система може реагувати на силові тренування навіть знижен­ням тиску у спокої.

Об'єм циркулюючої крові. Вправи, спрямовані на розвиток витривалості, збільшують об'єм цир­кулюючої крові. Чим вища інтенсивність тренування, тим більшим стає об'єм крові, що зумовлено двома механізмами. По-перше, фізичне наванта­ження збільшує виділення антидіуретичного гормону (АДГ) та альдостеро­ну. Ці гормони зменшують екскреторну функцію нирок, тим самим збільшуючи кількість плазми крові. По-друге, фізичне навантаження супроводжується збільшенням кількості білків у плазмі, особливо альбумі­ну. Як відомо, білки плазми — головні складові осмотичного тиску крові. Оскільки концентрація білків плазми зростає, підвищується й осмотичний тиск; в результаті — у крові затримується більше рідини. Таким чином, су­місна для обох механізмів спрямована на збільшення рідинної частини кро­ві — плазми.

Збільшення кількості еритроцитів також може сприяти підвищенню загального об'єму крові, однак подібне збільшення спостеріга­ється не завжди. При підвищенні кількості еритроцитів об'єм плазми, як правило, зростає більше. Внаслідок цього, хоча дійсно кількість еритро­цитів збільшується, гематокрит — відношення об'єму еритроцитів до за­гального об'єму крові — знижується. У тренованого спортсмена гематокрит може знижуватися до рівня, характерного для анемії, внаслідок відносно невисокої концентрації еритроцитів та гемогло­біну (несправжня анемія).

Ця зміна відношення об'єму плазми до об'єму еритроцитів внаслідок збільшення рідинної частини крові знижує її в'язкість. Зниження в'язкості крові полегшує її пересування по судинах, особливо по найдрібніших — капі­лярах. Як показують дослідження, при зниженій в'язкості крові посилюється транспорт кисню до активної м'язової маси.

У тренованих спортсменів показники загальної кількості (аб­солютні значення) гемоглобіну та загального числа еритроцитів зви­чайно вищі за норму, хоча віднос­ні показники — нижчі за норму. Це забезпечує максимальну здат­ність транспорту кисню для задо­волення потреб організму у будь-який час.

Збільшення об'єму плазми — одна з найзначніших змін, зумовлених тренуванням, спря­мованим на розвиток витривалості. Згадаймо, що збільшення об'єму плазми — головний чинник підвищення систолічного об'єму крові внаслідок трену­вальних навантажень. Систолічний об'єм крові, у свою чергу, впливає на ути­лізацію кисню.

Якщо збільшується об'єм плазми, то збільшується і об'єм крові. Отже, у серце надходить більше крові. Зі збільшенням кількості крові, що надходить у серце, зростає систолічний об'єм. При максимальній інтенсивності роботи ЧСС звичайно залишається відносно постійною, тому підвищений систо­лічний об'єм призводить до збільшення максимального серцевого викиду. У свою чергу, зрослий серцевий викид забезпечує надходження більшого об'єму кис­ню до працюючих м'язів.