Дихання за різних умов. Дихання під час фізичного навантаження

Робота скелетної мускулатури потребує посиленого надходження кисню та пожив­них речовин з кров'ю. Хвилинний об'єм дихання залежно від інтенсивності наван­таження зростає з 8-10 л до 100-120 л, а споживання кисню організмом збіль­шується при цьому в 10-12 разів і може досягати 4 л/хв.

Чинники гіпервентиляції під час фі­зичного навантаження.

Здавалося 6, що основною причиною бурхливої реакції дихальної системи на фізичне навантажен­ня є зростання вмісту і напруги С0₂ в кро­ві. Справді, у венозній крові рС0₂ підви­щується досить істотно. Проте в артері­альній крові, а саме вона омиває головний мозок і дихальний центр, рС0₂ не тільки не зростає, а під час напруженого м'язо­вого навантаження навіть знижується. Ця обставина пов'язана з тим, що посилена вентиляція легень під час фізичного на­вантаження виводить значні кількості С0₂ з організму. Що ж тоді зумовлює активі­зацію дихальної системи під час м'язової роботи?

Серед чинників, які стимулюють функ­цію дихального центру під час фізичного навантаження, перше місце посідає лактатна (молочна) кислота, яка утворюється в скелетних м'язах, коли сила їх скорочен­ня перевищує 40 % максимальної довіль­ної сили. При цьому перетискаються кро­воносні судини м'язів, надходження крові до них припиняється і вони переходять на анаеробний шлях метаболізму.

Важливу роль у посиленні вентиляції відіграє центральна нервова система. Відомо, що дихання посилюється у люди­ни ще до початку роботи — передстартовий етап, який запускається корою вели­кого мозку та гіпоталамусом. Така передстартова гіпервентиляція збільшує на­сичення крові і скелетних м'язів киснем, готуючи м'язи до очікуваної роботи.

З по­чатком роботи в дію вступають сигнали від пропріорецепторів м'язів, що скорочу­ються. І вже пізніше, коли починає напра­цьовуватись у достатній кількості молочна кислота, вона, знижуючи рН крові, бере па себе функцію стимуляції дихального цент­ру. Оскільки молочна кислота не виводить­ся з організму через легені, вона продов­жує підтримувати гіпервентиляцію й після припинення роботи м'язів, аж поки кисень, що надходить в організм у підвищених кількостях, не покриє кисневий борг і мо­лочна кислота не окислиться.

Кисневий борг — це нестача кисню, що виникає у скелетних м'язах під час їх тривалої й на­пруженої роботи.

Незважаючи на незначні зміни в газо­вому складі артеріальної крові під час ро­боти скелетних м'язів, центральні та пе­риферичні артеріальні хеморецептори також відіграють суттєву роль у розвитку гіпервентиляції легень. Вважають, що під час фізичної роботи зростає чутливість нейронів дихального центру й артеріальних хеморецепторів до гінеркапнії та гіпоксії.Внаслідок увімкнення названих меха­нізмів та чинників частота дихання і об'єм легеневої вентиляції пристосовуються до інтенсивності виконуваної роботи більш - менш відповідають рівню метаболізму, енер­гетичним витратам організму.

ДИХАННЯ В УМОВАХ ЗНИЖЕНОГО АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ

Людина стикається зі зниженим атмо­сферним тиском під час:

- с підіймання в гори,

- польотів у негерметичиих кабінах літаків,

- у барокамерах.

Найчастіше вона зазнає виливу розрідженого повітря під час пере­бування або постійного проживання в го­рах.

Лише на висоті понад 2000 м (високо­гір'я) у людей, що прибули сюди з рівнин, спостерігаються ознаки гострої гіпоксії, які зникають лише через кілька тижнів чи місяців адаптації.

Гіпоксія. У міру підйому вгору атмо­сферний тиск, а разом з ним і напруга кис­ню в крові знижуються.

Як видно з табл. 9, на висоті 2000 м над рівнем моря вже по­чинаються зміни у складі альвеолярного газу і зменшується насичення артеріаль­ної крові киснем, а на висоті 6000 м атмо­сферний тиск і р0₂ повітря знижуються більш ніж удвічі, напруга 0₂ в альвеоляр­ному газі і насичення артеріальної крові 0₂ стають такими, як і у венозній крові (відповідно 40 мм рт. ст. і 63 %). Це озна­чає, що неадаптована людина довго в таких умовах перебувати не може — розвива­ється гостра гіпоксія з порушенням функ­ції центральної нервової, дихальної, серце­во-судинної та інших систем організму.

Вплив нестачі кисню (гіпоксії) на орга­нізм людини такий. Спочатку виникає:

• збільшення вентиляції легень,

• зростає артеріальний тиск,

• ча­стота скорочень серця.

Основною причиною цих змін є знижен­ня парціального тиску 0₂ в альвеолярно­му газі й напруги його в артеріальній кро­ві. Гіпоксія через хеморецептори сонних та аортальних тілець стимулює дихаль­ний і серцево-судинний центри довгасто­го мозку. Реакції, що при цьому розвива­ються, спрямовані на краще забезпечення тканин організму киснем.

Подальший підйом в гори виявляється:

• спочатку підви­щеною збудливістю, ейфорією, яка змінюється погіршенням самопочуття,

• головним болем,

• втратою здатності відчувати небезпеку,

• стомленням і зниженням розу­мової та фізичної працездатності,

• сонли­вістю,

• задишкою,

• иідвищеїшям ігульсу та ар­теріального тиску.

Причина цих змін — гостра гіпоксія. У випадках виразних симп­томів хворого необхідно відразу спустити донизу або дати дихати сумішшю з нор­мальним вмістом кисню.

Адаптація до умов високогір'я. Люди, що піднімаються з рівнини в гори, повинні пройти ступеневу адаптацію: починаючи з висоти 2000 м, через кожні 500-1000 м робити зупинку на 3-5 днів.

Цього достат­ньо, щоб організм поступово пристосував­ся до умов постійної гіпоксії і виробив захисні механізми, спрямовані на забезпе­чення органів і тканин киснем. У людей, добре адаптованих до умов високогір'я, а ще більшою мірою у постійних мешканців гір відбуваються такі зміни в організмі:

• збільшується легенева вентиляція,

• збільшується кіль­кість еритроцитів і гемоглобіну,

• підвищу­ється тиск у легеневій артерії, але дещо знижуються системний артеріальний тиск і частота пульсу, а також споживання кисню та основний обмін.

Останнє свідчить про те, що хронічна гіпоксія як постійно дію­чий чинник стимулює перехід метаболізму в організмі на економніший режим функ­ціонування.

ДИХАННЯ Б УМОВАХ ПІДВИЩЕНОГО АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ

Мабуть, жодній тварині в природних умовах її існування не доводилось дихати повітрям під тиском, більшим від атмо­сферного. З подібним явищем стикається лише людина в штучних умовах. Це пе­реважно підводні (водолазні та кесонні) роботи.

Чинники, що впливають на організм в умовах підвищеного атмосферного тис­ку.

Відомо, що при зануренні під воду тиск на організм зростає на 1 атм через кожні 10 м і на глибині 100 м на тіло діє тиск 11 атм.

Зрозумі­ло, що й газ, яким дихає організм, має бути під таким самим тиском. Відповідно до закону Бойля — Маріотта, у скільки разів зростає тиск, у стільки разів зменшується об'єм газу і у стільки ж разів збільшу­ються його густина і в'язкість. А це знач­но збільшує навантаження на дихальну мускулатуру. Це перший з чинників гіпер­баричного дихання — дихання в умовах підвищеного тиску.

Другий чинник полягає у збільшеній роз­чинності газів у крові при зростанні атмо­сферного тиску, оскільки вона є прямо про­порційною до їх парціального тиску. У зв'язку з цим при зануренні під воду най­більше розчиняється в рідинах тіла азот. На поверхні моря в тілі людини розчинено близько 1 л азоту, а на глибині 100 м за достатньо тривалого перебування під во­дою — 10 л.

Проблема виникає під час піднімання людини на поверхню. У разі швидкого піднімання азот, розчинений у тканинах, виходить з них у вигляді буль­башок газу, які закупорюють дрібні крово­носні судини, внаслідок чого порушується кровопостачання органів і тканин.

Розви­вається декомпресійна (кесонна) хвороба. Особливо небезпечною є емболія (закупо­рювання бульбашками газу) судин мозку і серця. Щоб уникнути декомпресійної хво­роби, піднімання водолаза, тобто зниження тиску (декомпресію), здійснюють дуже по­вільно, особливо на останніх метрах. Навіть з глибини 15 м водолаза потрібно підніма­ти близько 3 год.

Третім істотним чинником гіпербарич­ного дихання є токсичність газів в умо­вах високого атмосферного тиску. Так, ди­хання сумішшю газів під високим тиском призводить до отруєння азотом, що вияв­ляється у вигляді своєрідного "сп'яніння":

• людина відчуває ейфорію, веселість,

• втра­чає контроль над собою, перебуваючи під водою,

• може сміятись, зірвати маску і захлинутись.

• можуть виникати також по­гіршення зору, втрата орієнтації, нудота,

• за­памороченість, судоми.

Останнім часом замість азоту в дихаль­ній суміші під час підводних робіт почали застосовувати гелій, який практично не розчиняється у крові. Завдяки цьому різко зменшилась небезпека отруєння азотом, розвитку декомпресійної хвороби і скоро­тився час піднімання на поверхню.