При многих видах профессиональной и спортивной деятельности очень часто возникают ситуации, когда респираторная система испытывает значительные по интенсивности и продолжительности нагрузки. Это приводит к снижению функционального состояния дыхательной мускулатуры, и как следствие, к недостаточности легочной вентиляции. Ввиду этого весьма остро встает проблема оптимизации работы дыхательной мускулатуры, посредством специальной тренировки с целью развития силы и выносливости, повышения эффективности и экономичности ее работы. Это в свою очередь обусловливает необходимость разработки специальных программ подготовки дыхательной мускулатуры, которая невозможна без научного обоснования их режимов и выяснения целого ряда вопросов, касающихся функционального состояния и функциональных возможностей дыхательной мускулатуры, взаимосвязи их характеристик с индивидуально-типологическими особенностями организма. В этом плане весьма важным представляется и выяснение различий функциональных возможностей скелетной и дыхательной мускулатуры, которые могут повлиять на выбор средств и методику повышения работоспособности респираторной мускулатуры. Выяснение данных вопросов и явилось целью настоящего исследования.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований:
Пневмоманометрия - измерение силы дыхательных мышц на вдохе и выдохе (ПМ вд. и ПМ выд.). Измерение силы дыхательных мышц производилось в изометрическом режиме при помощи пневмоманометра. Обследуемые должны были создать максимальное давление посредством сокращения инспираторной или экспираторной мускулатуры, соответственно на вдохе или выдохе.
Пневмотахометрия (ПТ вд. и ПТ выд.). - измерение максимальной объемной скорости дыхательных потоков на вдохе и выдохе. При помощи пневмотахометрического метода определяли объемную скорость воздушных потоков при максимально быстром вдохе и выдохе. Определение пневмотахометрических показателей проводили с использованием пневмотахометра Вотчала.
Определение времени простой двигательной реакции мышц кисти руки (ВДР рука) осуществлялось при помощи хронорефлексометра типа ХРМ-01, входящего в состав комплекса оборудования для психофизиологических исследований ПАВ-01. Этот прибор обеспечивал подачу в разновероятном порядке световых или звуковых сигналов сериями в 32 сигнала. Датчик ВДР срабатывал при усилии равном 3,9-5,9 Н и более.
Световой раздражитель предъявлялся посредством красного светодиода АЛ 307 АМ (длина волны излучения - 0,66 мкм; яркость свечения не менее - 0,15 мд; радиус светящейся поверхности не менее - 2,5 мм). Звуковой раздражитель представлял собой сигнал с частотой 1,0 ± 0,2 кГц и при уровне звукового давления 40-60 дб. Интервал времени предъявления раздражения составлял от 1 до 3 с.
Определение времени простой двигательной реакции дыхательных мышц (ВДР вдох и ВДР выдох). Определение времени двигательной реакции дыхательных мышц осуществлялось при помощи «Спирорефлексометра», созданного на базе хронорефлексометра типа ХРМ-01, дополненного специальным датчиком ВДР дыхательных мышц, обеспечивающим измерение ВДР инспираторных и экспираторных мышц.
Сравнительный анализ величин времени двигательной реакции мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры у спортсменов
Сравнение работоспособности дыхательной мускулатуры (инспираторных и экспираторных мышц) с работоспособностью скелетных мышц проводили в специальных исследованиях. В частности, было установлено, что в отличие от скелетной мускулатуры и экспираторных мышц, инспираторы быстрее восстанавливаются после работы и имеют большую сопротивляемость утомлению.
Мы поставили задачу сравнить показатели времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры и мышц кисти руки именно у спортсменов. С этой целью были обследованы 55 молодых спортсменов со спортивной квалификацией от II спортивного разряда до мастеров спорта.
Определение ВДР мышц кисти правой руки и инспираторной и экспираторной мускулатуры показало следующее.
Абсолютные величины ВДР мышц кисти руки соответствуют таковым, приведенным в литературе [1, 3], см. табл. 1. При этом подтверждается тот факт, что ВДР в ответ на световой раздражитель несколько продолжительней, чем ВДР в ответ на звуковой раздражитель (P < 0,05).
Таблица 1
Время двигательной реакции мышц кисти руки и инспираторной и экспираторной мускулатуры у спортсменов (x ± m)
Показатели |
Инспираторные мышцы, мс, (n = 55) |
Экспираторные мышцы, мс (n = 55) |
Мышцы руки, мс (n = 55) |
Достоверность различий |
||
I-II |
I-III |
II-III |
||||
I |
II |
III |
||||
Световой раздражитель (n = 55) |
0,290 ± 0,003 |
0,301 ± 0,004 |
0,199 ± 0,004 |
+ |
+ |
+ |
Звуковой раздражитель (n = 55) |
0,230 ± 0,004* |
0,236 ± 0,005* |
0,142 ± 0,003* |
- |
+ |
+ |
Примечание: * - достоверные различия средних величин времени двигательной реакции на световой и звуковой раздражитель при P < 0,05; «+» - достоверные различия средних величин времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры и мышц кисти руки.
Выяснилось, что ВДР дыхательных мышц, как инспираторных, так и экспираторных, статистически достоверно продолжительней (на 45-65%) ВДР мышц кисти руки в ответ, как на световой, так и на звуковой раздражитель (P < 0,05).
Объяснение этому факту, В.И. Миняев [3], также отмечавший этот факт, видит в следующем: Во-первых, двигательные функции дыхательного аппарата (дыхательных мышц и центров, управляющих ими) в процессе эволюции специализированы, прежде всего, на выполнении ритмичных неинтенсивных дыхательных движений, обеспечивающих вентиляцию легких в энергетически оптимальном режиме.
Второй возможной причиной замедленности реакций дыхательной мускулатуры, является то, что скорость дыхательных движений зависит не только от функционального состояния дыхательных мышц и управляющих ими центров, но и от ряда биомеханических факторов - эластического и неэластического сопротивления, сопротивления (тяжести) внутренних органов [7, 8]. Мышцам руки при выполнении заданных программ подобного рода сопротивлений преодолевать не приходится [3].
Следует отметить еще одно обстоятельство, наблюдавшееся в наших исследованиях. Выяснилось, что ВДР инспираторных мышц несколько меньше ВДР экспираторных, при этом ответные реакции на световой раздражитель были статистически значимыми.
Эти различия, вероятно, обусловлены особенностями структуры инспираторных мышечных волокон и спецификой организации системы нервной регуляции их деятельности [11].
Нами обнаружены достоверные различия величины ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражитель также как и у мышц кисти руки (P < 0,05). В ответ на световой стимул ВДР было несколько продолжительней, чем ВДР в ответ на звуковой стимул.
Далее, для полноты картины различий функциональных возможностей мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры нами было осуществлено сравнение силы указанных мышечных групп.
С этой целью нами были определены величины максимальной силы мышц правой кисти, инспираторных и экспираторных мышц, при максимально возможном соблюдении идентичности условий измерений. Для этого использовалось специальное устройство, состоящее из пневомоманометра, который в одном случае (при измерении силы мышц кисти) соединялся с пневматической медицинской грушей, а во втором случае (при измерении силы дыхательной мускулатуры) со специальным патрубком. Измерения осуществлялись как у мужчин (n = 68), так и у женщин (n = 11).
Мужчины показывали силу правой кисти в среднем равную 272,6 ± 4,3 мм рт. ст. Инспираторные мышцы у них развивали давление равное 111,0 ± 4,5 мм рт. ст., тогда как экспираторные 142,2 ± 5,8 мм рт. ст. Соотношение силы правой кисти, инспираторных и экспираторных мышц у женщин было таким же как и у мужчин, но по размерам несколько меньше, соответственно: 229,1 ± 11,5 мм рт. ст.; 94,5 ± 10,8 мм рт. ст. и 110,9 ± 10,8 мм рт. ст. (рисунок).
Средние величины максимальной силы мышц правой кисти и инспираторной и экспираторной мускулатуры у мужчин и женщин
Из представленных данных со всей очевидностью видно, что и у мужчин, и у женщин, максимальная сила мышц правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры в среднем на 91,0-148,0% (P < 0,01).
Таким образом, сравнительный анализ величин времени двигательной реакции дыхательных мускулатуры и мышц кисти руки показал следующее: ВДР дыхательной мускулатуры существенно продолжительней ВДР мышц кисти руки в ответ, как на световой, так и звуковой раздражитель в среднем на 45-65%. ВДР инспираторных мышц меньше ВДР экспираторных, при этом ВДР в ответ на световой раздражитель различаются статистически достоверно. ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители также различаются достоверно.
Максимальная сила мышц правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной.
Влияние половых различий на функциональные возможности дыхательной мускулатуры спортсменов
Известно, что отправления и физиологические реакции дыхательной функции весьма существенно различаются в зависимости от половой принадлежности человека. Так, существует определенная зависимость между характерными особенностями паттерна дыхания, способностью точно оценивать дыхательные параметры и полом [2, 6].
Вполне закономерно, что и функциональные возможности дыхательной мускулатуры различаются у представителей разных полов. В ряде исследований установлено, что у мужчин более высокие величины силы и выносливости дыхательной мускулатуры и объемной скорости дыхательных потоков [5].
На первом этапе нами было проведено изучение половых различий времени двигательной реакции на световой и звуковой раздражители скелетной мускулатуры у бегунов и бегуний. С этой целью были обследованы девушки бегуньи (n = 10) и юноши бегуны (n = 29) практически равной подготовленности и возраста (III-II спортивные разряды) и специализирующиеся в одинаковых беговых дисциплинах - бег на средние дистанции (800-1500 метров).
Анализ показателей времени двигательной реакции (ВДР) мышц кисти руки показал заметные различия по величине в ответ на световой и звуковой раздражители. Звуковой раздражитель сопровождался более быстрой реакцией как у женщин, так и у мужчин, чем световой стимул, что было отмечено нами ранее (табл. 2).
Таблица 2
Время двигательной реакции (ВДР) мышц кисти руки и дыхательной мускулатуры у бегунов и бегуний равной подготовленности (x ± m)
Показатели |
Женщины (n = 10) |
Мужчины (n = 29) |
Достоверность различий |
Рука-свет, мс |
0,226 ± 0,006 |
0,206 ± 0,006 |
+ |
Рука-звук, мс |
0,163 ± 0,005 |
0,145 ± 0,005 |
+ |
Инспирация - свет, мс |
0,320 ± 0,007 |
0,291 ± 0,005 |
+ |
Инспирация - звук, мс |
0,259 ± 0,004 |
0,233 ± 0,005 |
+ |
Экспирация - свет, мс |
0,312 ± 0,007 |
0,302 ± 0,007 |
- |
Экспирация - звук, мс |
0,265 ± 0,007 |
0,239 ± 0,007 |
+ |
На следующем этапе исследований выяснялось различие времени двигательной реакции инспираторных и экспираторных мышц у девушек и юношей.
Выяснилось, что также как и ВДР мышц кисти руки, ВДР дыхательной мускулатуры у юношей было несколько меньше чем у девушек. Это наблюдалось по всем исследуемым позициям (как в ответ на световой, так и в ответ на звуковой раздражители, как инспираторных, так и экспираторных мышц). Различия находились в пределах 3,0-10,0%, и в большинстве случаев были статистически значимы.
Силовые и скоростные параметры дыхательной мускулатуры изучались у спортсменов двух специализаций, представителей циклических видов спорта - легкоатлетов бегунов и бегуний и пловцов и пловчих.
Представленные данные свидетельствуют, что мужчины обеих спортивных специализаций достоверно превосходят женщин-спортсменок по всем показателям скоростно-силовых возможностей дыхательной мускулатуры в среднем на 17,0-40,0% (P < 0,05). При этом, в указанный процентный диапазон укладываются различия, как у представителей легкой атлетики, бегунов, так и у пловцов (табл. 3).
Таблица 3
Силовые и скоростные параметры дыхательной мускулатуры у спортсменов разного пола (x ± m)
Показатели |
Л/атлетика - бег |
Плавание |
||
Женщины (n = 8) |
Мужчины (n = 20) |
Женщины (n = 18) |
Мужчины (n = 35) |
|
ПМ вдох, мм рт. ст. |
89,4 ± 8,8 |
118,5 ± 6,3* |
101,1 ± 9,2 |
128,7 ± 8,9* |
ПМ выдох, мм рт. ст. |
120,6 ± 10,4 |
153,8 ± 4,9* |
132,2 ± 12,4 |
171,3 ± 7,3* |
ПТ вдох, л/с |
4,26 ± 0,15 |
5,82 ± 0,22* |
4,72 ± 0,18 |
6,62 ± 0,25* |
ПТ выдох, л/с |
4,80 ± 0,16 |
5,63 ± 0,13* |
4,27 ± 0,15 |
5,43 ± 0,12* |
Примечание: * - различия достоверны между группами мужчин и женщин.
Обнаруженные нами различия в показателях функционального состояния дыхательной мускулатуры между мужчинами и женщинами согласуются с результатами исследований других авторов [5]. Эти различия, возможно, могут быть связаны с проявлением биологического закона размерности и масштаба [4]. Известно, что антропометрическими переменными в большой мере обусловлены половые различия в энергетике организма [9], показателях внешнего дыхания, его экономичности и эффективности [4].
Заключение
Таким образом, сравнительный анализ величин времени двигательной реакции дыхательных и мышц кисти руки показал следующее: ВДР дыхательной мускулатуры существенно продолжительней ВДР мышц кисти руки в ответ, как на световой, так и звуковой раздражитель в среднем на 45-65%. ВДР инспираторных мышц меньше ВДР экспираторных, при этом ВДР в ответ на световой раздражитель различаются статистически достоверно. ВДР дыхательных мышц в ответ на световой и звуковой раздражители также различаются достоверно.
Максимальная сила мускулатуры правой кисти существенно больше максимальной силы респираторной мускулатуры, как инспираторной, так и экспираторной в среднем на 91,0-148,0% (P < 0,01).
Функциональные возможности дыхательной мускулатуры женщин спортсменок несколько ниже таковых, обнаруживаемых у мужчин спортсменов. Время двигательной реакции респираторных мышц у мужчин статистически достоверно короче, чем у женщин в среднем 3,0-10,0%. Скоростно-силовые возможности дыхательных мышц у мужчин превосходят таковые у женщин в несколько большей степени, в среднем на 17,0-40,0% (P < 0,05).
Рецензенты:
-
Сентябрев Н.Н., д.б.н., профессор кафедры физиологии Волгоградской государственной академии физической культуры, г. Волгоград;
-
Клаучек С.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой «нормальной физиологии», декан лечебного факультета ВолГМУ, г. Волгоград.
Работа поступила в редакцию 28.06.2012.