Регуляція дихання при виконанні фізичного навантаження
Як регулюються дихальні реакції?
Частота (швидкість) та глибина (обсяг) дихання контролюються еферентними нейронами дихального центру довгастого мозку. Дихальний центр отримує сигнали від центральних та периферичних хеморецепторів, що реагують на зміни рН, артеріального Р02 та РС02. Викликане фізичним навантаженням зниження рН і Р02 та підвищення РС02 сприяють збільшенню хвилинного об'єму дихання. Експериментальні дані показують, що еферентні нервові імпульси, що виникають у руховій корі та управляють активністю скелетних м'язів, можуть поширюватися на дихальні м'язи та стимулювати дихання.
Які фактори впливають на дихальний центр?
Крім сигналів від хеморецепторів, дихальний центр отримує аферентну інформацію від периферичних рецепторів, включаючи м'язові веретени, рецептори розтягування Гольджі та рецептори тиску, що знаходяться у суглобах. Деякі вчені вважають, що у скелетних м'язах є спеціальні хеморецептори, які реагують на зміни концентрації іонів калію та водню та безпосередньо пов'язані з дихальним центром. При збільшенні серцевого викиду механорецептори серця також посилають аферентні сигнали, що також може робити внесок у регуляцію дихання при фізичному навантаженні.
Отже, як випливає з рис. 18, у регуляції дихання беруть участь багато механізмів. Впливають навіть такі прості стимули, як емоційний дистрес або різка зміна температури навколишнього середовища. Усі ці механізми необхідні. Мета дихання - підтримання відповідної кількості газів у крові та тканинах, а також відповідного рН для забезпечення нормальної клітинної діяльності. Навіть незначні зміни цих змінних можуть суттєво вплинути на рівень м'язової.діяльності та завдати шкоди здоров'ю.
Процеси, що беруть участь у регуляції дихання при фізичному навантаженні (рис. 18)
1. Дихальні центри, розташовані в стовбурі головного мозку, задають частоту та глибину дихання.
2. Центральні хеморецептори головного мозку реагують на зміни концентрацій діоксиду вуглецю та Н+. При підвищенні будь-який із цих змінних центр вдиху посилює дихання.
3. Периферичні рецептори, розташовані на дузі аорти та розгалуженні сонної артерії, реагують головним чином на зміну вмісту кисню, С02 та Н+. При значному зниженні вмісту кисню або підвищенні рівнів Н+ та С02 вони передають цю інформацію центру вдиху, що посилює дихання.
4. Тензорецептори дихальних шляхів та легень змушують центр видиху скоротити дихання, щоб не допустити надмірного наповнення легень. Крім того, людина певною мірою може довільно контролювати дихання.
5. Під час фізичного навантаження вентиляція посилюється майже відразу в результаті стимуляції центру вдиху, обумовленої м'язовою діяльністю. Після цього слід поступове її збільшення внаслідок підвищення температури та хімічних змін в артеріальній крові в результаті м'язової діяльності.
Мал. 18.Процеси, що беруть участь у регуляції дихання при фізичному навантаженні
ЛЕГЕННА ВЕНТИЛЯЦІЯ ПРИ ФІЗИЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ
Збільшення легеневої вентиляції – очевидна фізіологічна відповідь на фізичне навантаження.
Хвилинний об'єм дихання (МОД) = дихальний об'єм (ДО) (л) x частота дихальних рухів (ЧДД, ЧД) (д/хв).
При фізичному навантаженні:
ЧД - з 12-15 до 40-50 (д/хв),
ДО - від 0,5 до 3,0 і більше (л)
МОД - від 7,5 до 120-175(л/хв)
Мал. 19. Залежність хвилинної вентиляції від інтенсивності фізичного навантаження.
Мал. 19 показує, що хвилинна вентиляція на початку роботи збільшується лінійно зі збільшенням інтенсивності роботи і потім, досягнувши якоїсь точки в районі максимуму, стає надлінійною.
Початок м'язової діяльності супроводжується посиленням легеневої вентиляції вдвічі. Істотне збільшення відбувається майже негайно, потім слід поступове збільшення глибини і частоти дихання. Подібне двофазне збільшення свідчить, що початкове посилення вентиляції обумовлено механікою рухів тіла. З початком вправи, перш ніж відбувається будь-яке хімічне стимулювання, активнішою стає рухова область кори головного мозку, яка посилає стимулюючі імпульси в центр вдиху; він реагує ними посиленням дихання. Крім цього, механізм пропріоцептивного зворотного зв'язку активних скелетних м'язів та суглобів забезпечує додаткову імпульсацію, на яку також реагує дихальний центр.
МОМЕНТ ЗНИЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВЕНТИЛЯЦІЇ
Мал. 20.Зміни легеневої вентиляції під час виконання фізичного навантаження, що ілюструють момент зниження ефективності вентиляції: I - споживання кисню; 2- вентиляція; 3-- момент зниження ефективності вентиляції
Вентиляція збільшується прямо пропорційно до інтенсивності виконання роботи до моменту зниження її ефективності. Після цього вона збільшується непропорційно в міру того, як організм намагається позбутися зайвого С02
Це також спостерігається, коли молочна кислота утворюється швидше, ніж (видаляється) метаболізується. Ця точка, яка залежить від типу роботи та станутренованості випробуваного називаєтьсяанаеробнимаболактатнимпорогом.