Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реакции торакального и абдоминального компонентов дыхания человека на прогрессирующую гиперкапнию и мышечную работу и их особенности, обусловленные положением тела в пространстве

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Реакции торакального и абдоминального компонентов дыхания человека на прогрессирующую гиперкапнию и мышечную работу и их особенности, обусловленные положением тела в пространстве"

РГ5 Ой

ОКТ 1Я06

На правах рукописи

МИНЯЕВА Арина Владимировна

РЕАКЦИИ ТОРАКАЛЬНОГО И АБДОМИНАЛЬНОГО КОМПОНЕНТОВ ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ПРОГРЕССИРУЮЩУЮ ГИПЕРКАПНИЮ И МЫШЕЧНУЮ РАБОТУ И ИХ ОСОБЕННОСТИ. ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПОЛОЖЕНИЕМ ТЕЛА В ПРОСТРАНСТВЕ

03.00.13 - физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ТВЕРЬ \т

Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Таерсхого государсгеенного университета.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

В. И. Миняев

Официальные оппоненты -доктор биологических наук, профессор

Б. А. Сафонов

кандидат медицинских наук, доцент Л. А. Кромин

Ведущая организация - Инеппут физиологии и и. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится Ж*" 1996 г.

■ /^'часоь на заседании Диссертационного совета К 063.97.09 при Тверском государственном университете (170002 г. Тверь, пр. Чайковского. 70а)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного университета (г. Тверь, ул. Володарского, 44а)

Автореферат разослан " £ " Пг^г/г» 1996 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент ' А.Н.Панхрушииа

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Вентиляция легких человека обеспечивается ритмичными сокращениями относительно самостоятельных мышечных групп - диафрагмы, межреберных к вспомогательных, различающихся-морфологически, функционально и имеющих собственные механизмы регуляции (см. обзор: Исаев, 1994). Аппарат внешнего дыхания человека располагает существенным:! резервами: при гиперьз.п-шш и мышечной работе объем вентиляции легких может увеличиваться в 15 и более раз. Такой диапазон приспособительных возможностей функции дыхания к различвным условиям жизнедеятельности организма обеспечивается системой нейрогуморальнон регуляции, включающей в себя дыхательный центр и два регулирующих контура - хемореиситор-ный, обеспечивающий соответствие объема вентиляции хигдизму или интенсивности метаболизма в организме и механорецепторный, контролирующий степень сокращения дыхательных мышц и устанавливающий энергетически оптимальный объемно-временной паттерн дыхания (Сергиевский, 1951; Grodins, 1963; Шик, 1973; Юматов, 1975; Сафонов и др.. 1980; Бреслгв, Глебовский, I9SI; Исаев, 1990; Сергаевский идр,. 1993).

Существу мнение, что диафрагма является основным инспиратором и абдоминальный компонент составляет 2/3 спонтанного дыхательного объема и жизненной емкости легких (Josenhans, 1969; Campbell et all., 1970; Goldman 1979). Однако, это - лишь предположение, поскольку экспериментально (посредством адекватных методов) оно не подтверждено.

Каковы торакальные и абдоминальные вклады в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы? Какова роль торакального и абдоминального компонентов при спонтанном дыхании в покое и при гиперпноэ в ответ на хеморецёпторные и нейрогепные стимулы? Зависит ли (и как) соотношение торакальных и абдоминальных вкладов в функциональный дыхательный резерв к в вентиляторные г г-акции на пшеркалнию и мышечную работу от положения тела относительно направления сил гравитации?

Попытка ответить на эти и вытекающие из них актуальные дтя экспериментальной и прикладной фпзнолс'гии вопросы и послужта предпосылкой для организации настоящего исследования.

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы явилось изучение особенностей реакций абдоминального и торакального компонентов дыхания человека ьэ хеморецепторь^е (прогрессирующая гиперкапния) и нейрогенные (циклическая мышечная работа) возмущения. Предстояло также выяснить зависимость этих

реакций от механического состояния аппарата дыхания, обусловленного положением тела (позы) относительно поправления сил гравитации.

Перед исследоганнек были поставлены задачи:

1) определить соотношения абдоминальных и торакальных вкладов в функциональную жизненную емкость легких (ках функциональный дыхательный резерв) и составляющие ее объемы; выявить зависимость этих соотношений от положении -шш в пространстве;

2) изучить динамику объемных и временных параметров дыхания, их абдоминальных и торакальных составляющих в позах стоя, сидя, лежа при специфических для системы дыхания воздействиях:

- в процессе прогрессирующей гиперкапнни на фоне нормоксии;

- в процессе циклической мышечной работы;

3) провеет сравнительным анализ соотношения абдоминальных и торакальных компонентов вентиляторных реакций на прогрессирующую гинеркапнию и циклическую мышечную работу.

Научная иовилш полученных данных. Впервые проведено исследование, ь котором посредством ори1"иналъной компьютерной безмасочной пневмографии определены количественные (в объемных единицах) торакальные и абдоминальные вклады в функциональную жизненную емкость легких (функциональный дыхательный резерв) человека и составляющие ее объемы; изучены соотношения торакального и абдоминального компонентов (объемных, временных, скоростных) спонтанного дыхания и вентиля горных реакций на прогрессирующую гиперкап-нию и циклическую мышечную работу >1 их особенности, обусловленные механическим состоянием аппарата дыхания а различных положениях тела относительно направления сил гравитации.

Основные положения, выносимые на защиту. Соотношение торакального и абдоминального вкладов в функциональную жизненную емкость легких зависит от баланса сил, действующих на дыхательный аппарат, обусловленных положением тела в пространстве: в вертикальном положении большую часть функционального дыхательного резерва составляет торакальный компонент, в горизонтальном торакальный и абдоминальный вклады уравниваются.

В состоянии покоя абдоминальный дыхательный резерв используется в большей степени, чем торакальный. При перемене положения тела («поя, сидя, лежа) коэффициенты использования дыхательных резервов не меняются. В результате, в вертикальном положении вентиляция легких обеспечивая?» .за счет равных вкладов торакального и абдоминального компонентов в дыхательный объем, в горизонтальном • ь большей степени за счет абдоминального вклада.

При шперлноэ в ответ на прогрессирующую гиперкапнию исходные для каждого положения тела соотношения торакального и абдоми-

нального вкладов в дыхательный объем и коэффициенты использования торакального и абдоминального дыхательных резервов сохраняются. В результате, в вертикальном положении торакальный и абдоминальный компоненты вентиляторной реакции ка хеморецеи горные стимулы равны, в горизонтальном - абдоминальный ко^пои-м-.т реакции количественно более выражен.

При гиперпиоэ в ответ на умеренную циклическую мышечную работу в положениях стоя, сидя и лежа объем вентиляции увеличиз-сю: в равной степени за счет синхронного прироста его торакальной и абдоминальной составляющих.

При одинаковом приросте дыхательного объема в условиях гк-перкапнии и мышечной работы сдвиги торакальных вкладов и коэффициенты использования торакального дыхательного резерва не различаются. прирост абдоминальных вкладов в дыхательный объем и коэффициенты использования абдоминального резерва при работе меньше, чем при гиперкапнии. Наиболее вероятной причиной количественного ограничения абдоминального вклада в реакцию дыхании из рабогу чз-ляетс.ч участие респираторных мышц брюшного пресса вхыполнеики заданной нагрузки.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные вносят определенный вклад в физиопогию дыхания. Определена роль торакального и абдоминального компоне:ггов при спонтанном дыхании и их поведение при реакциях на хеморецепторные и Н'.'йрогод-ные зозмущения. Результаты исследования позволяют говорить о механизмах, устанавливающих оптимальное соотношение торакального и абдоминального компонентов дыхания, соответствующее механическому состоянию дыхательного аппарата и характеру сопротивления дыханию, обусловленным положением тела относительно гравитации.

С учетом значения функционального состояния дыхательных мышц в общей работоспособности организма в невесомости (Баранов, 1993), при спортивной деятельности (Кучкин, 1983), при различных формах обструюивной респираторной патологии (Федосеев, 1994) и других условиях предложенный метод (компьютерная бсзмасочная пневмография) и результаты исследования могут найти применение при разработке и обосновании средств тренировки дыхательного аппарата в профессиональной деятельности и реабилитации функции дыхания в клинике.

Метод и полученные результаш используются в учебном процессе на кафедре физиологии Тверского государственного университета в курсе лекций "Физиолотя дыхания", на большом практикуме и спецпрактикуме, при подготовке курсовых и дипломных работ.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Республиканской научной конференции физиологов, посвященной М. В. Сергиевскому (Самара, 1943), на съезде физиологического общества им. И.П.Пгхвлоза (Пущино, 1593), на научных конференциях Тверского го-суннверситетг (Тверь, 1993, 1996), на 7 Всероссийском симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 1994), на 3 съезде физиологов Казахстана (Алма-Ата, 1995). Материалы включены в монографию В. И. Минясва "Произвольное управление дыхательными движениями" (Тверь, 1994).

Осноьныс положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе в Физиологическом журнале им. И. М. Сеченова и в журнале "Успехи физиологических наук".

Структура и объем диссертации. Диссертация включает - введение. 6 глав, заключение, выводы, список литературы. Работа изложена на 120 страницах, документирована таблицами (14) и иллюстрирована рисунками (8), Список литературы включает 83 отечественных и 79 зарубежных работ.

МЕТОД И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Использовался компьютерный безмасочный пневмограф, реш-стрирующий, расшифровывающий н анализирующий временные, объемные и их производные характеристики дыхания человека, а также опредеяяклций в объемных единицах торакальные и абдоминальные вклады в дыхательные объемы и объем вентиляции легких (Миняева, 1993; Миняев и др., 1993 г.). Пневмограф с пймощью резисторных датчиков регистрирует дыхательные экскурсии периметра грудной клетки (по горизонтальной плоскости на уровне середины грудины) и живота (на уровне подреберья). Сигналы с датчиков через аналого-цифровой преобразователь вводятся в ПЭВМ. Эти сигналы при выполнении испытуемым одновременных произвольных разнонаправленных дыхательных движений грудной клетки и живота при закрытых ротовом и носовых отверстиях балансируются, в результате чего сила сигналов становится пропорциональной торакальному и абдоминальному вкладам в дыхательный объем. Сигналы с грудного и брюшного датчиков суммируются, таким образом одновременно регистрируются суммарная, торакальная и абдоминальная пнеамограммы.

Первый регистрируемый дыхательный цикл пневмограммм калибруется при спонтанном дыхании посредством стандартного спирографа. Автоматическая расшифровка торакальной и абдоминальной пиевмограмм по суммарному калибровочному индексу позволяет определить их вклад (в мл) в дыхательный объем.

Различия в определении объемных характеристик дыхания посредством безмасочного пневмографа (относительно показаний спирографа СГ-1М) составляют ±2%, временные характеристики дыхательного цикла определяются с точностью до 0,01 с. Все объемные параметры дыхания автоматически приводятся к системе ВТР5.

Характеристика испытуемых. Во ьсех сериях исследования приняли участие 10 практически здоровых мужчин в возрасте от 18 до 28 лет, не занимающихся спортом, но соблюдающих активный двигательный режим. Всего было проведено 90 основных экспериментов.

Полученные данные обработаны стандартными методами статистического анализа.

I

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

I . Зависимость соотношений абдоминальных и торакальных вкладов в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы

от положения тела

В положениях стоя, сидя и лежа на спинс регистрировались функциональная (субмахскмальная) жизненная емкость легких (РпУС); торакальная (ТЬИнУС) и абдоминальная (АЬРпУС) составляющие РпУС; резервный объем вдоха (ШУ); торакальная (ТЫЯУ) и абдоминальная (АЫЯУ) составляющие 1ЯУ; резервный объем выдоха (ЕКУ); торакальная (ТЬЕЛУ) и абдоминальная (АЬЕЯУ) составляющая ЕК\'.

В вертикальном положении торакальный вклад составляет большую часть функциональной жизненной емкости легких и составляющих ее резервных объемов вдоха и выдоха (табл. I). Вентиляция легких обеспечиваечся в раьной сгепени за счег торакальных и абдоминальных вкладов в дыхательный объем.

В положении сидя и лежа на стше величина функциональной жизненной емкости легких, по сравнению с положением стоя, практически не менясгся, но отмечаются выраженные изменения соотношений составляющих ее объемов (табл, I). Так, в положении лежа уровень равновесия (ФОЕ) статистически достоверно смещается книзу, » результате чего инспираторный резерв увеличиваете«, экспираторный - соответственно уменьшается, Еще более выраженные изменения в горизонтальном положении претерпевают соотношения торакальных и абдоминальных вкладов в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы (табл. 1): торакальная составляющая функциональной жизненной емкости легких уменьшается, абдоминальная статистически значимо увеличивается и эти величины практически уравниваются. Резервный объем вдоха увеличивается также за счет аб-

доминальной составляющей. Резервный объем выдоха уменьшается в большей степени за счет грудного компонента. Дыхательный объем » этом положении обеспечивается и количественно, и в процентном отношении, в основном, за счет абдоминальног о компонента.

Таблица 1

Соотношения торакальных и абдоминальных вкладов в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы в положении стоя, сидя, лежа

Параметры Стоя Сидя Лежа

ИлУС Суммарный объем, мл 3363 ±219 >426 1 >212 3735 ±248

Торакальный вклад, мл, % 2303 ¿182 68,8 ±3.6 2197 _±_212 64.5 ±4,8 1865 ±313 48,3 ±6,7

Абдоминальный вклад, м и, % 1060 ±150 3!,2 ±3,6 1228 ±182 35.5 ±4,8 1870 ±240*» 51,7 ±6,7

Ут Суммарный объем, мл 526 ±41 454 t43 593 ±56

Торакальный вклад, мл, % 250 ±22 48,5 ±3,6 195 ±28 43,8 ±4,7 131 ±22* 24,8 ±4,6*»

Абдоминальный вклад, мл, % 276 ±34 51.5 ±3,6 258 ±37 56.2 ±4.7 461 ±62 75.2 ±4,6**

ЖУ Суммарный объем, мл 2052 ±136 7.321 и226 279! ±263

Торакальный вклад, мл. % 1494 ±104 74,4 ±4,9 1624 ±191 71.4 ±5,7 1513 ±283 50.6 ±6,7*

Абдоминальным вклад, мл, % 558 ±121 25,6 _ ±4,9 697 ±130 28,6 ±5,7 1278 ±179** 49,4 ±6,7*

ЕЯУ Суммарный объем, мл 785 ±155 651 ±73 351* ±61

Торакальный вклад, мл, % 559 ±164 62,2 ±7,9 378 ±39 65,9 ±8,0 220 ±47 67.7 ±12.5

Абдоминальный вклад, мл, % 226 ±59 37,8 ±7,9 273 ±87 34.1 ±8,0 131 ±61 32,3 ±12,5

Примечание: степень достоверности различий относительно положении

стоя»- (р&.05); »«- (р<Ю.01).

В основе причин отмеченной динамики торакальных и абдоминальных компонентов функциональной жизненной емкости легких и составляющих ее объемов при перемене положения тела, по всей видимости, лежат изменения баланса упругих и эластических сил, действующих на 1 рудную клетку н органы брюшной полости и степени

пространственного ограничения иг. подвижности (см. обзоры: Блохин, 1979; Брсслав, i984; Баранов, 1993), а также гравитационное перерр.с-пределенис крови в грудной и брюишон полостях (West, ¡977; Двср~м-кий, 1994). -

2. Динамика абдоминальных и торакальных компонентой дыхания в процессе профессируюшей гиперкэппки в позах гтоя, сидя, лежа.

В положениях стоя, сидя й лёжа з исходном состоянии и при прогрессирующей гиперкапнии - увеличение F^ca на 3% (возврат ног дыхание с добавлением в систему кислорода в количестве, равном потребляемому) - регистрировались минутный объем dcin;uaiui;i легкчх (V);

торакальная (ТЬ^) и абдоминальная (AbV) составляющие V; дыка-тельный объем (Vt); торакальная (thvt) и абдоминальная (AbV-r) составляющие Vt; время вдоха (Ti); время выдоха (Те): время посгжспи-раторной паузы (Тр); частота дыхания (Г): объемная скорость вдоха

(Vi); объемная скорость торакальной (Th Vi) и абдоминальной (Ab Vi) составляющих вдоха; объемная скорость выдоха (Ve); объемная скорость юрахальной (Th^c) и абдоминальной (AbVEl составляющих выдоха; вентиляторная чувствительность к СОз (Д V/д ); торакальный (¿Th V!APa( () ) и абдоминальный (ДАЬ V/Д HAi-() ) вклады в пенП'.ляторную чувствительность к СОз Вычислялись ТЬУгД'т <%),

AbVi/Vr Г"). Th V/V(%), AbV/V(%) и коэффициенты использования функциональных, дыхательных резервоь (Vr/FnVC, ThVr/ThFnVC, AbWAbFnVC). регистрировались PAi0 ■

Вентиляция легких в положении стоя обеспечивается в равной степени за счет торакальных и абдоминальных компонентов с большим коэффициентом использования абдоминального резерва (табл. 2) при типичном соотношении продолжительности здоха н выдоха (Т: -1.7(Ь0,П с, Tt - l.93i-0,17 с) и наличии посгжспираторкой паузы (Тр -0,26±0,05 с). Объемная скорость абдоминальных составляющих вдоха и

выдоха (AbVi - 225±30 мл/с. Ab Ve - 195±99 ил/с) несколько превышает

скорость юракальных составляющих (ThV\ - !89±26 MjtJc, ThVn -176±25 мл/с). При перемене положения тела (особенно, в noje лежа) торакальный дыхательный резерв уменьшается, абдоминальный увеличи-

Таблица 2.

Динамики объемных и сремеиных параметров дыхания в условиях прогрессирующей гиперкапнпи (М ± т)

Паррчегри Сто» Сидя Лежа

Исх 1 A P< Исх Д P< Исх Л P<

Paí.o} .»«мрт.ст 34,5+1,0 22,ii0,4 0,01 3S±1,2 20.6±0,6 0.01 36,9±0.S I9,7±0.C C.01

V, л/мин Th V, л/икк АЬ'/.лЛчи Р< IG,4±i,l 5.5±0.8 20.9±2,¿ 9,7±1,7 11,211,4 0.01 0,01 0,01 6,6+0.9 3,SiO,7 4,8±0,3 20.6í3.2 8,5:1.3 12,l±2,6 0,01 .0,01 0,01 8,5±0,9 2.1 ±0,4 6.5 ±0.8 0.05 21,9+3,0 7.511,2 14,4Í2.7 0.01 0.01 0.01

i TbV/V.% AbV/V.% Р< 4?,5>t3í 52,I±j,9 47,ü±3,l 53.0+3.1 42.3±3.0 57,7±3,C 0,05 44,1±3.8 55.913.8 24,5±4.6 75,5г4,6 0,05 34.015.0 66.0+5.0 0,05 0.01 0.01

AV/APacoj ATh V/APacoj даь V 'д Paco, 957+123 446+79 5!lt65 0,01 0,01 O.fll. 10Ш171 418±64 602+137 0,01 0.0 i 0,01 10531193 374+56 749±I69 0,01 0,01 0.01

Vt, ил Т1г Vt, мл Ab VT, мл P< 6si±28 312±40 3??±40 1046Ü43 435±99 5ól¿60 0,01 0,01 0,01 56l±60 252+44 309+23 1071±I35 468+77 603+97 0,01 0,01 0,01 541±55 119+18 422±56 0,05 1!27±I63 422174 7041139 0,01 0,01 0,01

f, цикл/ччн Í6,3±l,2 2,3+0,9 16.0±1.1 2,2±1,2 16,3±1,2 2,5±0,8

VT/FnVC,% ThV-r/ThFn VC. 7» AbVr'AbFnVC, % ГЧ 19,5+1.4 14,1±1,8 38,4±6,7 0,05 51,2i4,4 37.216.8 84.1 ±5,0 0,05 0.01 0,01 0,01 16,4±2,0 12.6±2,4 33,6±7,8 0,05 48,6±5,2 3ó.9±7,9 75.718.6 ' 0,05 0,01 0,01 0,01 14,9± 1.6 í,6 ±2.3 24,9+4,2 0,05 45,6±5,5 38.6 ±10,0 60,5±7,5 0.01 0,01 0.01

вается. В этих условиях механизм регуляции дыхания устанавливает новое соотношение грудного и брюшного вкладов б дыхательный объем . соответственно исходным (ч положении стоя) коэффициентам использования торакального и абдоминального резервов. Ветиляция легких в горизонтальном положении осуществляется п большей степени зз счет абдоминального компонента (табл. 2). Соотношения временных характеристик дыхательного цикла и объемных скоростей торакальных и абдоминальных составляющих вдоха и выдоха существенно не меняются.

Прогрессирующая гиперкапния (в положениях стоя, сидя, лежа) сопровождается ростом минутного объема вентиляции, в основном, за счет увеличения дыхательного объема (г=0,93, 0,91, 0,91), тогда как частота дыхания возрастает незначительно (г=0,60, 0,74, 0,62) (табл. 2). Частота дыхания увеличивается, в основном, за счет укорочение постэкспираторной паузы. При гиперпноэ сохраняются соогьстстау.'с-щие каждой позе исходные процентные вклады грудного и брюшного компонентов в дыхательный объем и исходные соотношения коэффициентов использования торакального и абдоминального дыхательных резервов. В результате, в вертикальном положении торакальный и абдоминальный компоненты вентиляторной реакции на гнперкапнчю равны, а в горизонтальном - абдоминальный компонент значительно более выражен, о чем свидетельствует больший прирост абдоминальной составляющей объема вентиляции, его вклада в вентиляторную чувствительность к СОг (табл. 2) и несколько больший прирост объемной скорости абдоминальных составляющих вдоха и выдоха.

Полученные данные позволяют предположить, что центральный механизм регуляции дыхания на основании афферентной информации с механорецепторов дыхательного аппарата о степени и характере сопротивления дыханию эластических, упругих и других сил в каждый конкретный момент, наряду с оптимальны« соотношением частоты к глубины дыхания (см. обзор: Бреслав, Глебовский. 1981), устаказлизасг соответствующее соотношениерудного и днафрагмального вкладов е объем вентиляции легких как при дыхании в покое, так « при гилера-ноз в ответ на прогрессирующую гиперкаппию. Определяющим фактором при этом свдяется соотношение торакального и абдоминального функциональных дыхательных резервов, обусношкмное теп или иным положением тепа

3. Динамика абдоминальных н торакальных ко,*;ю,т'ентов дь'яакия о процессе циклической мышечной работы в позах стоя, сидл, лежа.

В качестве нагрузки била избрана работа на ьелоэргометое с мощностью 13(1 Ьг а темпом педалирования 60 оборот«» з минуту. Ды-

хагйльные показателя регистрировались в положениях стоя, сидя и лежа » исходном состоянии и на протяжении 5 мин работы.

В вертикальном положении с опорой на руль и седло велоэрго-мстра в условиях покоя вентиляция легких осуществляется в большей степени за счет абдоминального компонента при большем коэффициенте использования брюшного функционального дыхательного резерва (табл. 3). При перемене положения тела, особенно в положении лежа на спинс, на фоне уменьшения грудного и увеличения брюшного функциональных дыхательных резервов отмечается типичная д.пя наших исследований динамика соотношений торакального и абдоминального ькпадоь в объем вентиляции легких: торакальный вклад уменьшается, абдоминальный - существенно увеличивается (габл. 3).

При гиг.ерглюэ а условии мышечной работы в положениях стоя, сидя и лежа система дыхания отвечает практически одинаковым приростом обьема вентиляции легких (табл. 3). Однако, в горизонтальном положении этот прирост осуществляется в большей мере за счет.уаели-ченик частоты дыхания и в меньшей - за счет дыхательного объема, чем в позе сгсх. Динамика прироста объемных скоростей вдоха и выдоха в процессе работы при изменении положения тела существенно ис меняется То ссть вентиляторная реакция на рабочие стимулы (при умеренной циклической работе) от положения тела в пространстве количественно ис зависит.

Прирост объема вентиляции легких в процессе работы (в позах стоя, сидя, лежа) осуществляется за счет синхронного, количественно одинакового увеличения его торакальной и абдоминальной составляющих, в результате чего процен тный гклад а объем вентиляции преобладавшей в исходном состоянии абдоминальной составляющей, уменьшается (табл. 3). Можно думать, что некоторое снижение роли абдоминального компонента дыхания при мышечной работе обусловлено участиям мышц брюшного пресса в выполнении заданной нагрузки (педалирования). Это подтверждается и тем, что коэффициешг использования брюшного функционального дыхательного резерва при переходе из положения стоя в положения сидя и особенно лежа уменьшается, а грудного - от положения тела не зависит.

Полученные данные свидетельствуют о том, что центральный механизм регуляции дыхания на осносании афферентной информации о механическом состоянии дыхательного аппарата, определяющим характер сопротивления дыханию, в каждый конкретным момент устанавливает соответствующее соотношение торакального и абтоминально-го вкладов в минутный объем вентиляции леп<нх не только в покос, но при умеренной циклической мышечной работе. Однако, при работе (в отличие от состояния покоя) это соотношение зависит не только 01 ис-

Динамика объемных и временных параметров дыхания в условиях мышечной работы (М ± т) Г •Параметры у__Стоя _~1 Сидя____) _ Леж

I К/<* л II.. I 1 Д — .

Таблица. 3.

модных величин фудного и брюшного функциональных дыхательных резервов, обусловленных геи или иным положением тела, но и от степени локомоторной нагрузки на респираторные мышцы.

4. Сравнительный анализ поведения торакального и абдоминального

компонентов дыханиь при гиперкапнии и мышечной работе.

В вертикальном положении в гиперкапнических условиях (при относительной покое) увеличение объема вентиляции легких (на 20,')±2,5 п/кин) осуществляется в основном за счет прироста дыхательного объема (на 10<*6±143 мл), частота дыхания при этом меняется незначительно. При работе тот же объем вентиляции достигается при меньшем приросте глубины (на 842±93 мл) и большей частоте дыхания. .'Эти данные соответствуют общепризнанной динамике дыхательных показателей при гиперкапнии (см. обзоры: Маршак. 1969; Бреслэв. Пятин, 1994) и при умеренной циклической мышечной работе (см. обзор; Исаеь, 1994). Уьсдиченне объема вентиляции легких как в условиях прогрессирующей гиперкапнии, так и при мышечной работе происходит практически в равной мере за счет прироста его торакальной и абдоминальной составляющих. Это подтверждается И данными регрессионного анализа (рис. 1).

Характерно, что при практически одинаковом приросте дыхательного объема в условиях гиперкапнии (на 1046±МЗ л/мин) и мышечной работы (на 1128±23 л/мин) коэффициенты использования торакального дыхательного резерва (37,2±6,8% и 37,9±4,2%) практически одинаковы, а коэффициент использования абдоминального резерва при работе (74,213,0%) оказываются меньшими, чем при гиперкапнии (84.1+5,0%). Одной из причин ггих различий, по всей вероятности, является участие мышц-экспираторов брюшного пресса в педалировании, в результате чего снижгется подвижность органов брюшной полости, меняется характер сопротивления дыханию и "затрудняется" работа диафрагмы - феномен "мышечного корсета" (Блохин, 1978; Бреслав, 1984). Правда, здесь нельзя не учитывать ках возможную причину специфического "рабочего" паттерна дыхания и феномен "усвоения ритма" - учащения дыхания при выполнении ритмических действий (Маршак, 1961). Тот факт, что при приросте объема вентиляции в ответ на гияеркашшю исходное соотношение его торакальной и абдоминальной составляющих сохраняется, а при мышечной работе процентный вклад абдоминальной составляющей обьема вентиляции уменьшается при соответствующем увеличении торакального, позволяет по-

лагать основным механизмом рабочего паттерна дыхания компенсаторную изозентиляторную реакцию (Бреслав, 1984) на механическое ограничение абдоминального компонента дыхания.

А

1500 , у * 23.73?! + 16,«89

(И = 11,85; И<0.т; N-50)

МХХ) ■(

I / X'"

500 ! ,/у »13.448* +93.149

' - (Н = 0,69; Р<0.(11; -50)

О И_______Г-

Б

мл

1500 -,

I у * 10.7:81 + 45,064 I (Я - 0,7;; Р<0.01;

1000 ^ К*50»

юл 10.731« + 170,42

N«50)

О Х-----.—г----,

В

1 1 у ■ 12.594т + «1,«81 ] (К - 0,63; )■«'0.С1; , | n-50)

500 I

».».о'гзз« + 93^:6

ь> n=50,

О -р---,---

1300 1000 500 О

} » 24.75«» + '2.9 О» » 0,90; Р<0,01; N»5«)

/£«13.004» 4 14,191

¿ХК*"»,«2: Р<0,01; N = 50)

25

мл

у • 27,477* *46.2М 1500 л (К = 0.93, Г<0,01; | N=50)

1030

500

50 75 л/ь*ин

О

у = 14,294« . 62,395 ,(К = 0,87; Р<0,0|; N=■50)

а

50

75

мл

1500

1000 500 О

у «34.649« +27 234 (? -0,89; Р'0,0'; ^50)

/у » I Хп'- 35, в* ДЯ = 0,77; РМ>,0|: • , N=50)

50

75 л/мин

Рис. График регрессионной зависимости прироста торакальной (1) и абдоминальной (2) составляющих дыхательного объема от прироста объема вентиляции легких в положении стол (А), сидя (Б) и лежа (В). По оси абсцисс - прирост дыхательного объема, мл; по оси ординат - прирост минутного объема вентиляции, л/мин. Тонкая линия - гиперкапния; штриховая линия - мышечная работа.

При перемене положения тела и особенно в положении лежа на' спине при одинаковом приросте объема вентиляции легких в ответ на гиперкупнию и мышечную работу (на 21.9±3,0 и 21,4±1,4 л/мин) различия паттерна дыхания еще более усугубляются. При гиперкашши вентиляторная реакция типична: объем вентиляции увеличивается исключительно за счет прироста дыхательного объема (на 1127± 163 мл); при работе в этом положении прирост дыхательного объема значительно меньше (594±84 мл), а частоты дыхания больше, чем в положении стоя. В положении лежа увеличение, объема вентиляции в условиях прогрессирующей гиперкапиии осуществляется в большей степени за счет преобладавшей в исходном состоянии абдоминальной составляющей, что подтверждается и данными регрессионного анализа (рис. 1). При мышечной работе прирост торакальной и абдоминальной составляющих объема вентиляции одинаков. Характерно, что при приросте дыхательного объема в гиперкапнических условиях на 1127±163 ил коэффи-

циент использования абдоминального функционального резерва (60,5x7,5%) превышает коэффициент использования торакального резерва (38.3±Ю,0%), а при работе при таком же приросте дыхательного объема коэффициенты использования торакального и абдоминального резераев (45,7±9.Ü и 5S.Ü7,6%) существенно ие различаются.

Следовательно, гиперкалпия и мышечная работа вызывают синхронный прирост торакального и абдоминального вкладов в объем вемтиляиии легких. Но при гиперкапнии в условиях относительного покоя большую роль играет преобладавший в исходном состоянии компонент дыхания (так, в положении сидя и лежа больше выражен прирост абдоминального компонента, в положении стоя их прирост одинаков). При мышечной работе, независимо от положения тела и исходного соотношения торакальной и абдоминальной составляющих прирост объема вентиляции осуществляется в равной мере за счет обоих компонентов дыхания.

Полученные данные подтверждают предположение, что центральный механизм регуляции дыхания на основании афферентной информации о механическом состоянии дыхательного аппарата и характере сопротивления дыханию в каждый конкретный момент (в покое и при функциональных нагрузках) устанавливает оптимальное соотношение торакального и абдоминального вкладов с дыхательный обьем. При гиперкапнии оно з&внеит от исходного соотношения торакального и абдоминального дыхательных резервов, обусловленного тем или иным положением тела относительно направления сил граьитации. При мышечной работе., независимо от положения тела в пространстве, фактором, определяющим соотношение торакального и абдоминального компонентов вен пит горной реакции, становится и степень участия респираторных мышц а выполнении заданной нагрузки.

ВЫВОДЫ

1. У молодых, практически здоровых мужчин е вертикальном положении торакальный компонент составляет большую часть функциональной (субмаксимальной) жизненной емкости легких (ó?,8±3,6%), резервных объемов вдоха (74,4±4,9%) и выдоха (Ó2.2i7,9"-,). Торакальный и абдоминальный вклады в дыхательный объем практически равны.

2. При перемене положения тела относительно напранлишя сил 1рааитацин (стоя, сидя, лежа) величина функциональной жизненной емкости легких не изменяется. В горизонтальном положении вследствие изменения баланса сил, действующих на дыхательный аппарат и органы брюшной полости, резервный объем вдоха увеличивает ся за счет аб-

доминальной составляющей, торакальный и абдоминальный чкла/ы в резервный объем выдоха уменьшаются; в результате, торакальный и абдоминальный вклады в функциональную жизненную емкость легких уравниваются.

3. В состоянии пскоя в вертикальном положения вентиляция легких обеспечивается в равной степени за счет торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем. При этом торакальный функциональный резерв используется на 14,1±!,8%, абдоминальный на 38,4±б,7%. При перемене положения тела (стоя, сидя, лежа) коэффициенты использования торакального и абдоминального резерзоп не изменяются. В результате, в горизонтальном положения вентчляцип легкмх в большей аепени (на 75,5±4,6%) обеспечивается за счет абдоминального компонента.

4. В положениях стоя, сидя и лежа реакция дыхания на прогрессирующую гиперкапнию (увеличение Рдсо на мм рт.сг.) характеризуется одинаковым приростом объема «ентидяцни лепсих, вентиляторной чувствительности х СО], объемных скоростей вдоха и выдоха. Следовательно, механическое состояние дыхательного аппарата, обусловленное положением тела в пространстве, не сказывается кг общей вентиляторной реакции на хеморецепторные стимулы.

5. При ги.терпноз в ответ на прогрессирующую гиперкспнню сохраняются соответствующие каждому положению тела исходные процентные соотношения торакального и абдоминального вкладог- в дыхательный объем я исходные соотношения коэффициентов использования торакально! о и абдоминального дыхательных резервов. В результате, з вертикальном положении прирост объема вентиляции легких осуществляется за счет синхронного увеличения торакального и абдоминального компонентов дыхания; в горизонтальном положении абдоминальный компонент реакции количественно более выражен.

6. В процессе циклической мышечной работы с мощностью 150 Вт в положениях стоя, сид* и лежа система дыхания отвечает эдинакозым приростом объема вентиляции легких и объемных скоростей вдоха и выдоха. Следователь но, вентиляторная реакция на рабочие стимулы при умеренней мышечной нагрузке от положения тела в пространстве количественно не зависит.

7. При гиперпноэ ъ о твет на мышечную работу, независимо от положения тела в пространстве, прирост объема всн;иляции лшких осуществляется в равной степени за счет синхронного увеличения ею торакальной и абдоминальной составляющих. При этом с началом работы процентный абдоминальный вклад в дыхательный объем уменьшается, торакальный увеличивается; при перемене положения тела (стоя, сидя,

лежа) коэффициент использования торакального дыхательного резерва не меняется, абдоминального - уменьшается.

8. При одинаковом приросте величины дыхательного объема (на 1000-4 00 мл) в отпет на гиперкаплшо и мышечную работу в положениях сгоя, сидя и лежа сдвиги его торакальных составляющих и коэффициенты использования торакального дыхательного резерва существенно не различаются; прирост абдоминальных вкладов в дыхательный объем и коэффициенты использования абдоминального дыхательного резерва при работе значительно меаыне, чем при гиперкапнии. Вероятно, участие мышц-экспнраторов брюшного пресса в педалировании ограничивает абдоминальный вклад в вентиляторную реакцию на мышечную нагрузку.

9. Различия соотношений торакального и абдоминального компонентов дыхания при разных положениях тела в пространстве и их вкладов в вентиляторные реакции позволяют предположить, что центральный механизм регуляции дыхания человека на основании афферентной информации с механорецепторов дыхательного аппарата в каждый конкретный момент устанавливает оптимальное соотношение торакального и абдоминального вкладов в объем вентиляции легких как в покое, так и при гиперпноэ в ответ на гнперкапнию и мышечную работу. И если при гиперкапнии определяющим фактором является исходное соотношение торакального и абдоминального функциональных дыхательных резервов, обусловленное положением тела относительно напранлепия сил гравитации, го при работе таким фактором становится н степень участия респираторных мышц в локомоции.

РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Миняева А. В. Динамика брюшного и грудного компонентов дыхания в процессе циклической работы // Пут оптимизации функции дыхания при нагрузках, в патологии и в экстремальных состояниях. Тверь, 1993. С. 36-45.

2. Миняева А. В. Динамика абдоминального и торакального компонентов дыхания в процессе циклической мышечной работы II Материалы Респ, научн. конф. физиологов. Самара, 1993. С. 75-76.

3. Миняев В. И., Гречишкин Р. М., Миняева А. В. и др. Динамика абдоминального и торакального компонентов вентиляции в процессе прогрессирующей гиперкапнии // Пути оптимизации функции дыхания при нагрузках, в патологии и в экстремальных состояниях. Тверь. 1993. С. 25-36.

4. Миняев В. И., Гречишкин Р. М„ Миняева А. В. и др. Особенности реакций грудного и брюшного компонентов дыхания на прогрес-

сирующую гиперкапнии // Физиол. жури. им. У>.М.Сеченова. 1993. Т 79, № 12. С. 74-73.

5. Миняев В. И., Гречишкин Р. М., Миняева А. В. и лр. Особен-носпГ реакций абдоминального и торакального компонентов вентиляции легких на прогрессирующую гиперкапнию // Тезисы докл. научи, конф. ученых ГГУ. Тверь. 1993. С. 74-75.

6. Миняев В. И,, Гречишкин Р. М., Мнняева А. В. и др. Особенное™ реакций абдоминального и торакального компопентоэ дыхания на хеморсцепторные и нейрогенные возмущения // Тезисы докл. научн. конф. ученых ТГУ. Тверь. 1993. С. 83-84.

7. Миняев В. И., Гречишкин Р. М., Миияевэ А. В. и лр. Реакции абдоминального и торакального компонентов дыхания на гиперкап-нию и мышечную работу И Материалы 7 Всероссийского симп. "Эколого-физиологические проблемы адаптации. М., 1994. С. 184.

8. Миняев В. И., Гречишкин Р. М., Миняева А. В. и др. Особенности соотношения абдоминального и торакального вкладов в вентиляторные реакции на гиперкапкию и мышечную работу // Эргономические н экологические проблемы безопасности жизнедеятельности. Тверь. 1994. С. 34-37

9. Миняев В. П., Гречишкин Р. М., Миняева А. В. и др Особенности реакций абдоминального и торакального компонентов дыхания на гиперкапнию и мышечную работу // Успехи физиол. наук. е. 25. N 3. 1994. С. 108-109.

10. Миняева А. 3. Зависимость реакции абдоминального и торакального компонентов дыхания на прогрессирующую гиперкапнию от позы // Пути оптимизации функции дыхания при нагрузка, в патологии и в экстремальных состояниях. Тверь, 1995. С. 50-62.

! 1. Миняева А. В., Афанасьев С. В., Миняев В. И., Смирнов А. Г. Зависимость соотношений объемов и емкостей легких от позы. // Пути оптимизации функции дыхания при иафузке, в патологии и в экстремальных состояниях. Тверь, 1995. С. 36-45. С. 43-49.

12. Миняева А. В. Зависимость абдоминального и торакального вкладов в вентиляторные реакции на гиперкапнию от позы // Материалы 3 Съезда физиологов Казахстана Алма-Ата, 1995. С. 115.

13. Миняев В. И., Миняева А. В. Зависимость соотношений абдоминальных и торакальных вкладов в объемы и емкости легких от позы Н Материалы 3 Съезда фитиологов Казахстана Алма-Ата, 1595. С. 114.

14. Миняева А. В. Соотношения абдоминальных и торакальных вкладов в объемы емкости легких и в вентиляторные реакции на гиперкапнию при различных положениях тела Ц Ученые записки. Материалы научной конференции посвященной 25-летию университета. Тверь, 1996. Т. 3, С 18-21.