Кисень і Наука

В. Н. Селуянов, кандидат біологічних наук, професор В. Б. Гаврилов

НДІ Проблем спорту Російського державного університету фізичної культури, р. Москва

Більшість вчених сходяться на тому, що людському організму потрібно набагато більшу кількість кисню, ніж він насправді отримує. Чим більшою кількістю кисню ми маємо, тим більше енергії здатні зробити. Людина може прожити без їжі кілька тижнів, без води — кілька днів, але без кисню — лише кілька хвилин. І все тому, що близько 90% «життєвої енергії» виробляється за безпосередньої участі кисню.

Відчуття дефіциту кисню добре знайоме спортсменам. Якщо фізичне навантаження при вправі настільки висока, що при диханні в організм не надходить достатньо кисню, порушується баланс кисню в м'язових клітинах. Вуглеводи розщеплюються не повністю, утворюється молочна кислота. При досягненні значення 2 ммоля молочної кислоти на 1 літр крові глюкоза розщеплюється за допомогою кисню. Це називається аеробним порогом. Вище цього порогу кількість молочної кислоти в крові при навантаженні продовжує зростати, м'язи перенасичуються кислотою і тренування доводиться припиняти.

Підвищити фізичну активність організму на 20% можливо при подачі додаткового кисню, коли під час занять спортом вдихуване повітря містить його 23%, а не 20,5%, як практично в будь-якому спортивному залі. Таку задачу можуть виконувати спеціальні пристрої — кисневі концентратори, вироблені рядом зарубіжних фірм. Ефект одного кисневого концентратора еквівалентний кількості кисню, що його виділяє 3-ма великими деревами. Мета нашого дослідження полягала у вивченні результату дії повітря, збагаченого киснем, на організм спортсмена.

Для оцінки працездатності спортсменів, як правило, використовується ступінчастий тест із збільшенням потужності виконуваної роботи. За даними тестування визначають аеробний і анаеробні пороги (Аеп і АнП), а також максимальне споживання кисню (МПК). Вже понад 30 років триває дискусія з приводу трактування отриманих результатів. У нашій інтерпретації причиною появи аеробного вентиляційного порогу є момент рекрутування всіх окислювальних м'язових волокон.

З початком рекрутування проміжних м'язових волокон і утворенням молочної кислоти починається виділення в крові вуглекислого газу. Ексцес вуглекислого газу стимулює дихання та активність міокарда, що призводить до зростання легеневої вентиляції (ЛВ) і частоти серцевих скорочень (ЧСС). Утворюється молочна кислота метаболізується окислювальними м'язовими волокнами активних м'язів, діафрагмою і міокардом. Потужність метаболізації молочної кислоти визначається активністю мітохондрій працюючих м'язів і, коли вони її вичерпують, посилюється закислення через підключення нових гліколітичних м'язових волокон. В цей момент і фіксується вентиляційний анаеробний поріг.
Максимальне споживання кисню пов'язано з активністю мітохондрій в працюючих м'язах, діафрагмі, міокарді та в інших другорядних м'язах. Для доказу коректності інтерпретації експериментальних даних можна збільшити концентрацію кисню у вдихуваному повітрі. В цьому випадку показники на рівні аеробного порогу не повинні змінюватися, а на рівні анаеробного порогу і максимального споживання кисню працездатність повинна зрости через зростання концентрації кисню в крові. Концентрація кисню в артеріальній крові повинна змінюватися у відповідності з фазами дихального циклу. Амплітуда зміни концентрації кисню повинна знизитися у разі збільшення концентрації кисню у вдихуваному повітрі.

В нашому експерименті брали участь 8 бігунів на середні і довгі дистанції 14-17 років. Середні значення довжини тіла спортсменів Х = 175 см (б = 3,4), маси М = 62,5 кг (б = 9,2). Кожен випробуваний брав участь у двох дослідах зі ступінчастою зростаючою навантаженням з диханням атмосферним повітрям і концентрованої киснево-повітряною сумішшю. Послідовність виконання тестів була організована у випадковому порядку.
Ступінчастий тест виконувався на велоергометрі «Монарк», навантаження задавалася починаючи з 0,5 Кр (5Н) і додаванням по 0,5 Кр кожні дві хвилини. За допомогою газоаналізатора «К2 Cosmed» безперервно реєстрували легеневу вентиляцію, споживання кисню, виділення вуглекислого газу, частоту серцевих скорочень. Тест виконувався з темпом 75 об/хв до відмови, зниження темпу і потужності роботи.

За результатами тестування визначалися аеробний і анаеробний вентиляційні пороги за методикою Wasserman (1981), а також максимальне споживання кисню (МПК).
Киснево-повітряна суміш створювалася за допомогою пересувного апарату — концентратора кисню продуктивність 5 л/хв, що створює концентрацію кисню 95,6%. Шланг з потоком кисню закріплювався на відстані 10 см від маски, одягненою на випробуваного.
Результати дослідження представлені в таблиці 1. Видно, що застосування дихання киснево-повітряною сумішшю не призводять до зміни показників АнП, а для показників АнП і МПК відзначено статистично достовірне зміна працездатності.

Таблиця 1. Зміна показників працездатності спортсменів при вдиханні концентрованої киснево-повітряної суміші

Показники

Норма

Дихання киснево-повітряною сумішшю

Р

Х

Середня кв. вимкнено

Х

Середня кв. вимкнено

МСК, мл/хв/кг

51,5

10,1

62,5

10,5

< 0,001

ЧСС МПК, уд/хв

198

2,36

197

2,44

< 0,001

Потужність Аеп, Вт/кг

2,67

0,66

2,65

0,66

> 0,05

ПК Аеп, мл/хв/кг

35,5

8,81

35,5

8,80

> 0,05

ЧСС, уд/мнн

159

16,4

160

15,6

> 0,05

Потужність АнП, Вт/кг

3,52

0,60

4,2

0,51

< 0,001

ПК АнП, мл/хв/кг

47,0

8,04

55,7

6,84

< 0,001

ЧСС, уд/хв

184

4,6

191

4,7

< 0,001

Крім молодих спортсменів в експерименті взяв участь випробуваний 58 років, зі значною гіпертрофією міокарда з ознаками дистрофії міокарда. При проведенні ступінчастої тесту після проходження аеробного порогу почали спостерігатися окремі випадки виникнення екстрасистол, а після анаеробного порогу екстрасистоли почали чергуватися з інтервалом 3-5 с. В досвіді з диханням киснево-повітряною сумішшю виявилося, що показники аеробного порогу не змінилися, анаеробного порогу зросли на 0,5 л/хв, а головне повністю зникли екстрасистоли. Серце працювало ритмічно, адекватно запропонованих навантажень.

Інтерпретація результатів проведення ступеневої тесту пов'язана з моделлю енергозабезпечення. В більшості випадків використовується найпростіша модель, яка включає серцево-судинну, дихальну системи і м'яз як одне м'язове волокно. У цьому випадку моменти настання аеробного і анаеробного порогів пов'язують з зміною механізмів енергозабезпечення, зокрема, через нестачу доставляється до м'язі кисню. У цьому випадку лимитирующее ланка пов'язують з серцево-судинною системою. У цю модель не входять уявлення про м'язових волокнах різного типу, фізіологічному законі — рекрутування м'язових волокон. Тому найпростіша модель ніяк не може проінтерпретувати відомі дані про зміну інтегральної електричної активності м'язів при виконанні ступеневої тесту. А за цими даними чітко фіксуються аеробний і анаеробний пороги, а значить, вони пов'язані з рекрутуванням нових м'язових волокон.

Застосування киснево-повітряної суміші у разі лімітуючого ланки — потужності серцево-судинної системи, повинно призводити до зростання показників на рівні аеробного порогу. Цього в нашому експерименті не сталося, отже, найпростіша модель не придатна для інтерпретації даних ступеневої тесту.

Модель з м'язом, що має окислювальні, проміжні і гліколітичні МВ дозволяє пояснити: факт незмінності показників працездатності на рівні аеробного порогу, зміни інтегрованої електроміограми, збільшення споживання кисню та потужності на рівні анаеробного порогу і МПК. На рівні Аеп рекрутуються всі окислювальні МВ, але потужність мітохондрій за метаболізму вуглеводів ще далеко не вичерпана, тому і немає впливу ступеня насичення крові киснем на показники Аеп. Далі рекрутуються проміжні і гліколітичні м'язові волокна, вони швидко стомлюють, тому зростає число рекрутованих МВ, а значить і електрична активність м'яза. При настанні АнП мітохондрії працюють на межі метаболічних можливостей, тому насичення крові киснем полегшує робочу функцію, як і у випадку досягнення моменту появи МПК.

Важливим результатом дослідження стало непряме підтвердження гіпотези про нерівномірність насичення киснем крові, що відходить від легких і надходить у ліве передсердя у нормальному випадку. При вдиханні кисню, очевидно, вдається утримати в легенях більш високу концентрацію кисню в фазі видиху і на початку вдиху, що в підсумку і забезпечує підвищення працездатності мітохондрій в активних м'язах. Це явище має призводити до збільшення концентрації кисню в гіпоксичних ділянках спортивного серця. У свою чергу, підвищення в них концентрації кисню повинно призводити до посилення ресинтезу АТФ у мітохондріях, вкорочення фази деполяризації міокардіоцитів, а значить до усунення атипових центрів активізації міокарда, появи екстрасистол.

Висновки. Постачання органів дихання повітрям, збагаченим киснем, сприяє збільшенню працездатності спортсменів на рівні анаеробного порогу і в момент досягнення максимального споживання кисню. При цьому показники на рівні аеробного порогу залишаються без змін порівняно з диханням нормальним повітрям. Таким чином, застосування концентраторів кисню дозволяє досягати в тренувальному процесі більш високих рівнів фізичних навантажень за умови забезпечення необхідного медичного контролю за станом спортсменів.

Джерело: http://www.terapiya.ru