Потребление кислорода организмом. Аэробная способность

Обновлено: 28.04.2024

Конечный результат, к которому стремится занимающийся, т.е. наибольший оздоровительный эффект от занятий, и является тем фактором, который предопределяет выбор средств и методов, требует соблюдения принципов тренировки. Выполняя физические упражнения, мы воздействуем на наш организм, и он отвечает специфическими реакциями. Ответные реакции нашего организма в конечном счете и определяют эффект от занятий. Таким образом, ключевым вопросом при построении занятий оздоровительным бегом является выбор оптимальной тренировочной нагрузки. Настало время определить понятие «нагрузка».

Под нагрузкой понимают и физическую меру воздействия на организм, и дополнительную по сравнению с покоем степень функциональной активности организма, вызванную выполнением упражнения или упражнений.

Если в результате выполнения какой-либо физической работы активность органов и функциональных систем организма не повысилась, говорить о нагрузке не приходится. К примеру, вы, идя в среднем темпе, добираетесь до места учебы (работы) за 30 мин. В начале ваш пульс во время ходьбы повышается, появляется усталость мышц ног и другие реакции организма, вызванные повышенной двигательной активностью. Однако при систематическом использовании такого способа передвижения ответные реакции в результате приспособления (адаптации) организма начнут ослабевать, и может наступить момент, когда вы сможете преодолеть этот же путь за 30 мин, не почувствовав усталости, при этом пульс во время ходьбы не повысится. Это будет означать, что ходьба до места учебы (работы) уже не является нагрузкой для вашего организма. С годами возможности организма человека естественным образом снижаются, и 30-минутная ходьба снова станет для вас нагрузкой, вызывающей усиление реакций организма.

Физическую меру, т.е. что человек сделал, принято называть внешней стороной нагрузки, а ответные реакции – внутренней стороной нагрузки. Между ними имеется глубокая взаимосвязь: повысив физическую меру, мы усилим ответные реакции организма, а стабилизировав ее показатели при систематических занятиях, как видно из примера, мы приспособим наш организм, в результате чего его ответные реакции ослабнут.

Внешняя сторона нагрузки характеризуется следующими показателями:

продолжительностью бега (вмин) или преодоленным расстоянием (м);
интенсивностью бега (скоростью передвижения);
продолжительностью интервалов отдыха между повторным пробеганием отрезков;
характером отдыха (человек в это время занимается другой двигательной деятельностью или пассивен);
длиной преодоленных отрезков и числом их повторений;

Изменяя эти показатели и их сочетания, можно увеличить или уменьшить нагрузку, а следовательно, и характер ответных реакций организма.

В непрерывном беге, который и используется главным образом для оздоровления, при характеристике нагрузки пользуются показателями «продолжительность» и «интенсивность бега». Охарактеризуем эти показатели.

Продолжительность бега. Специалисты в области оздоровительного бега сходятся во мнении, что минимальная продолжительность занятий должна составлять 20-30 мин при пульсе не ниже 120 уд/мин, при этом количество занятий в неделю должно быть не меньше трех. При снижении любого из этих показателей занятия не дают значительного оздоровительного эффекта. Трехразовые недельные занятия по 20-30 мин стали у начинающих любителей бега как в нашей стране, так и за рубежом наиболее популярными. Однако слабо подготовленные бегуны, как мы уже отмечали, не способны выдержать даже 10-минутный непрерывный бег. Такие занимающиеся должны в обязательном порядке начинать занятия с ходьбы или чередовать бег с ходьбой.

Вы сами можете разработать схему чередования ходьбы и бега в занятии, учитывая связь частоты пульса с возможностями организма выполнять ту или иную работу. Частота вашего пульса, который не должен превышать оптимальных величин (см. Интенсивность бега), является важнейшим показателем при подборе схем чередования ходьбы и бега. Пульс измеряется перед началом бега и сразу после перехода с бега на ходьбу. Исходя из полученных величин ЧСС, длины отрезков для бега и ходьбы корректируют следующим образом.

1.Коррекция длины бегового отрезка. Если после бега частота сердцебиения превысила допустимую норму, длина отрезка уменьшается; если не достигла оптимального верхнего предела, то отрезок бега может быть удлинен;

2.Коррекция расстояния для ходьбы. Если вы, закончив ходьбу, определили по пульсу, что организм перед бегом не восстановился, т.е. ЧСС выше допустимой, отрезок для ходьбы следует удлинить; если организм восстановился раньше, т.е. перед бегом ЧСС оказалась ниже оптимальной, отрезок ходьбы может быть уменьшен.

Как ориентиры, начинающим бегунам могут быть рекомендованы занятия с чередованием 100 м ходьбы и 100 м бега или 200 м ходьбы и 200 м бега и другие схемы. Однако вопрос об использовании тех или иных схем решается строго индивидуально, с учетом уровня подготовленности занимающихся

Важным является еще один показатель пульса – как скоро он приходит в норму после занятия. Н.М.Амосов (1984) считает [10], что спустя 1 мин пульс должен снизиться на треть, а через 5 мин – незначительно (на 5-7 ударов) отличатся от показателя в покое. Если через 15-20 мин пульс не восстановится, нагрузка для вас была чрезмерной.

Превышение максимально допустимой продолжительности бега может привести к снижению иммунитета, травмам двигательного аппарата и другим негативным последствиям. Начинающим бегунам рекомендуется [2] ограничить предельный недельный километраж бега 20 км для женщин и 20-30 км для мужчин. Для подготовленных бегунов этот показатель увеличивается до 40-50 км для женщин и до 40-90 км для мужчин. Опасность превысить такой уровень повышается в связи с тем, что продолжительные пробежки стимулируют гормональную активность желез внутренней секреции. В результате в кровь выделяется избыточное содержание гормонов, вызывающих эйфорическое состояние. Имеются достоверные данные [13], что длительный бег повышает у мужчин половую потенцию. В связи с этим необходимо помнить, что мы решаем задачи оздоровления, поэтому следует придерживаться установленных научными исследованиями и подтвержденных практикой разумных ограничений.

Интенсивность бега. В спортевысших достижений цель тренировки – подготовить организм к определенной скорости и продолжительности бега, позволяющих спортсмену успешно состязаться с соперниками. С помощью оздоровительного бега мы стремимся так изменить возможности нашего организма, чтобы он мог успешно справляться с различными жизненными трудностями. Изменяя скорость передвижения, мы регулируем характер и величину воздействия на органы и системы организма. Следует, однако, заметить, что при одной и той же скорости бега показатели деятельности органов и систем организма у разных людей могут значительно отличаться. Это объясняется различиями в физических возможностях человека, разной экономичностью техники бега и другими факторами. На функциональную активность организма оказывает влияние и рельеф трассы: при равной скорости передвижения бег в гору усиливает реакции организма, а под гору – снижает их.

При выборе оптимальной скорости учитывают, прежде всего, характер энергообеспечения мышечной деятельности, о котором, в свою очередь, судят по частоте пульса:

Оптимальная скорость

бега

Характер энергообеспечения мышечной деятельности

Частота пульса

Различают [2] три зоны энергообеспечения мышечной деятельности и соответствующие им одноименные тренировочные зоны: аэробную, аэробно-анаэробную (смешанную) и анаэробную.

При оздоровлении основной по праву считается аэробная тренировочная зона.

Аэробная зона. При беге в этой зоне к работающим мышцам доставляется столько кислорода, сколько требуется для их энергообеспечения аэробными источниками энергии (углеводами и жирами) без образования кислородного долга. Частота пульса в аэробной зоне не превышает 150 уд/мин, в противном случае мощность работы превысит возможности организма в доставке кислорода, и запросы в нем не будут удовлетворены.

Верхняя граница аэробной зоны (ЧСС - 150 уд/мин) – это усредненный показатель. В зависимости от возраста и степени подготовленности бегунов недостаток кислорода может проявиться при некотором отклонении от этой величины.

Для начинающих бегунов верхняя граница аэробной зоны может быть вычислена по формуле, предложенной Хольманом (1963 г. ):

ЧСС = 180 уд/мин – возраст ( в годах). (1)

У подготовленных бегунов недостаток кислорода начинает проявляться при более высокой ЧСС. Поэтому к полученной по формуле (1) величине прибавляют еще 5-10 ударов пульса.

Нижняя граница аэробной зоны, как, впрочем, и верхняя, устанавливается с учетом задач, которые ставит человек, и возможностей его организма. Однако следует иметь в виду, что бег со скоростью, при которой пульс не превышает 110 уд/мин, недостаточно эффективно решает задачи оздоровления. Эта величина и может быть принята за минимальную.

В аэробной зоне выделяют [2] три ступени, где в зависимости от скорости бега и ЧСС решаются те или иные задачи оздоровления.

I ступень - реабилитационно-восстановительная, ЧСС – 110-120 уд/мин. Бег при таком пульсе используется:

подготовленными бегунами для восстановления организма после больших нагрузок аэробного и анаэробного характера;
людьми, имеющими отклонения в деятельности сердечно-сосудистой системы;
пожилыми и ослабленными людьми в качестве восстановления и поддержания уровня подготовленности.

II ступень - поддерживающая, ЧСС – 130-140 уд/мин. Используется для развития (начинающие бегуны) и поддержания (подготовленные бегуны) аэробных возможностей.

III ступень - развивающая, ЧСС – 144-156 уд/мин. Используется подготовленными бегунами для повышения аэробных способностей.

Аэробно–анаэробная (смешанная) зона. Как уже отмечалось, границей между аэробной и смешанной зонами является момент начала образования кислородного долга, т.е. начало накопления молочной кислоты. Этот момент наступает до исчерпания организмом возможностей увеличивать потребление кислорода, т.е. величина МПК не достигнута. Таким образом, зона смешанного энергообеспечения мышечной деятельности соответствует мощности работы от начала образования кислородного долга до момента, когда организм достигает уровня максимального потребления кислорода. Частота сердцебиения в аэробно-анаэробной зоне - 150-170 уд/мин, индивидуальные особенности бегунов могут вносить в эти величины некоторые уточнения.

Анаэробная зона. Достигнув уровня максимального потребления кислорода (нижняя граница анаэробной зоны) организм переходит преимущественно на анаэробный (бескислородный) способ энергообеспечения мышечных сокращений. Пульс во время бега в этой зоне превышает 180-190 уд/мин, образуется значительное количество молочной кислоты, что затрудняет обменные процессы и может вынудить человека прекратить бег или снизить скорость передвижения.

Анаэробная тренировочная зона используется главным образом профессиональными спортсменами при подготовке к состязаниям. Задачи оздоровления и коррекции фигуры успешно решаются в аэробной зоне. Подготовленные занимающиеся, не имеющие отклонений в состоянии сердечно–сосудистой системы, могут использовать для тренировок границу аэробной и смешанной зон, или выполнять работу чуть большей мощности, когда увеличение концентрации молочной кислоты в крови незначительно.

Показатели дыхания как критерии интенсивности бега. Человек может дышать через нос или одновременно через нос и рот. В покое предпочтение должно отдаваться носовому дыханию, т.к. слизистая оболочка носа задерживает механические частицы (до 90 %), уменьшая тем самым токсическое действие вредных для организма газов и паров. Считается также, что в холодную погоду дыхание через нос предохраняет легкие от переохлаждения. В тоже время, при прохождении воздуха через носовые отверстия и полость носоглотки он согревается всего на 2-3°. Поэтому для защиты легких от действия холодного зимнего воздуха эффективнее осенью проводить закаливающие процедуры: использовать бег с дыханием через рот в прохладную погоду, полоскать полость рта и носоглотки холодной водой и др. [9].

Таким образом, управлять дыханием во время бега (носовое или смешанное) нет острой необходимости. Не рекомендуется при оздоровительном беге акцентировать внимание и на ритме дыхания, как это делается, к примеру, в плавании и гребле. Дыхание должно быть произвольным. В зависимости от потребностей организма в кислороде он сам способен автоматически спрограммировать и воплотить в действие тип, ритм, частоту и глубину дыхания. При напряженной мышечной работе носовое дыхание затруднено вследствие высокого сопротивления току воздуха. Носовые ходы очень узкие. Во время бега кровоток через слизистую носа возрастает на 50-60%, происходит более обильное выделение слизи, слизистая оболочка разбухает, и сопротивление току воздуха возрастает еще быстрее. Произвольное дыхание довольно точно отражает интенсивность нагрузки и соответствующую ей зону энергообеспечения. Выяснено [2], что момент произвольного перехода от носового к смешанному (носом и ртом) дыханию соответствует увеличению ЧСС до 130-160 уд/мин, т.е. верхней границе аэробной зоны. Поэтому начинающим бегунам специалисты рекомендуют дышать только через нос (при здоровой носоглотке), что автоматически ограничивает скорость бега и делает его безопасным, разумеется, если нет одышки. Однако у многих людей в силу различных обстоятельств выработался условный рефлекс даже при незначительной скорости бега дышать одновременно носом и ртом. У таких людей волевой переход на дыхание через нос при беге в аэробной зоне резко снижает комфортное состояние, сбивает ритм дыхания и т.д. В этом случае рекомендуется использовать дыхание через нос только для контроля: во время бега на несколько минут перейдите от смешанного дыхания к дыханию через нос, и уточните интенсивность своего бега. Со временем организм сам выберет для конкретных величин интенсивности бега наиболее эффективный способ дыхания.

Подготовленные бегуны, тренирующиеся в аэробно–анаэробной (смешанной) зоне энергообеспечения, дышат через рот и нос одновременно.

Показателем соответствия нагрузки возможностям вашего организма может служить так называемый «разговорный темп» бега. Если во время бега человек способен вести непринужденную беседу, то интенсивность передвижения соответствует аэробной зоне энергообеспечения. Если же бегун задыхается и отвечает односложными словами, то интенсивность бега соответствует или превышает границу смешанного энергообеспечения, и неподготовленным бегунам необходимо снизить скорость бега.

Потребление кислорода организмом. Аэробная способность

Гомеостаз организма поддерживается тщательной регуляцией кардиореспираторных реакций на физическую нагрузку. Существует два показателя, адекватно отражающих метаболические потребности организма: потребление кислорода и выделение СО2.

Уровень физической активности является наиболее важным моментом, определяющим потребность организма в кислороде. В свою очередь потребление кислорода представляет собой самый адекватный индекс физического напряжения.

При потреблении 1 л кислорода образуется энергия, эквивалентная приблизительно 5 ккал. В данной статье минутный объем потребления кислорода обозначен как Vo2 и выражается в литрах в минуту, приведенных к нормальным условиям (STPD).

Метаболическую стоимость различной активности организма нередко выражают в миллилитрах на килограмм в минуту(мл/кг*мин) Vo2 (STPD). Это простой способ, учитывающий размеры тела человека. В свое время различными авторами были предложены отдельные классификации тяжести физической нагрузки в промышленности, спорте и некоторых других сферах, связанных с физической активностью человека. Эти исследования коснулись также области подводных погружений и подводного плавания. Из разных источников известно, что общая средняя величина потребления кислорода во время длительного свободного плавания в ластах со скоростью близкой к 0,56 м/с составляет 2 л/мин (STPD).

В 1973 г. Morrison сообщил об исследовании максимального усилия при фиксированном плавании в ластах на погружаемом тренажере-трапеции при различной имитируемой глубине. Полученные результаты были близкими к средней величине и диапазону значений, установленному Lanphier в 1954 г. для испытуемых, плывущих со скоростью 0,61 м/с.

Исследование в реальных условиях при заплыве под водой на длинную дистанцию в океане было проведено Hunt и сотрудниками в 1964 г. Непосредственно минутный объем потребления кислорода не измеряли, но по другим показателям можно было предположить, что он находится в пределах 1,3—1,8 л/мин. Рассчитанная скорость плавания составляла 0,5—0,61 м/с.

Аэробная способность

В любой конкретный момент времени индивидуальный Vo2 должен непременно находиться между минимальным (основным) и наивысшим значениями, которых данный организм способен достичь. Учитывая размеры тела и степень физического расслабления, минимальные величины Vo2 для взрослых равны 0,2 л/мин. Наиболее часто используемая в расчетах средняя величина Vo2 для человека, находящегося в. состоянии покоя, составляет 0,3 л/мин.

Каждый человек имеет верхний предел потребления кислорода, который может быть достигнут при очень тяжелой физической работе, вовлекающей основные группы мышц. Максимальный Vo2 (VO2макс) или «аэробная способность» у здоровых людей, находящихся в условиях нормального атмосферного давления, обусловлен способностью циркуляторной системы организма доставлять кислород из легких в работающие мышцы. Как видно из имеющихся в литературе данных, затруднение легочной вентиляции при нахождении на глубине ограничивает величину VO2макс.

Величина VO2макс зависит не только от размеров тела и конституциональных особенностей человека, но в основном от степени его индивидуальной спортивной тренированности. Почти все исследователи считают значение VO2макс самым показательным индексом «физической пригодности» сердечно-сосудистой и респираторной системы.

Для водолазов со средними параметрами тела и умеренной «пригодностью» можно считать VO2макс равным по крайней мере 3 л/мин. Такие высокие величины VO2макс как 6 л/мин встречаются очень редко. Водолаз с необычайно высокой величиной максимального минутного объема потребления кислорода для своих параметров имеет определенные преимущества при погружении перед остальными водолазами, особенно относительно вентиляторных потребностей организма при высоких уровнях физических нагрузок.

Влияние водной среды на VO2макс по-видимому, является существенным. В 1974 г. Holmer показал, что у пловцов высшей квалификации во время плавания VO2макс приблизительно равнялся таковому при работе на велоэргометре в воздушной среде, но был на 6—7% ниже, чем во время бега. У менее опытных пловцов установленные различия были более выраженными.

Moore и сотрудники в 1970 г. не обнаружили понижения физической работоспособности у испытуемых, работавших ногами (неплавательный характер упражнений) во время погружения всего тела в воду. В 1973 г. Morrison сообщил о результатах, свидетельствующих об ограничении Vо2макс при плавании в ластах на тренажере-трапеции. Однако в данном случае на полученные данные мог оказать влияние и дыхательный аппарат.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Оценка аэробной способности пациента. Показатели потребления кислорода

Для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы во время нагрузки изучалась максимальная аэробная способность обследуемых. Максимальная аэробная способность — это наибольшая скорость аэробного обмена, достигаемая при выполнении ритмической динамической мышечной работы, приводящей к истощению испытуемого уже за 5—10 мин. Максимальная аэробная способность обычно определяется по величине максимального потребления кислорода.

Однако это возможно до тех пор, пока дальнейшее увеличение нагрузки не приводит к увеличению потребления кислорода. Этот предел и принято считать уровнем максимального потребления кислорода.

Уровень потребления кислорода зависит от физиологического состояния организма, возможной предельной активности его основных систем жизнеобеспечения и является основным показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы, в том числе и при оценке физической работоспособности с помощью нагрузочных тестов. Для определения уровня потребления кислорода используют методы открытой и закрытой циркуляции (мешок Дугласа, автоматический газоанализатор Белау, химические и физические методы анализа, метаболиметры).

Эти методы достаточно известны, однако не нашли широкого распространения из-за отсутствия соответствующей аппаратуры. В связи с этим довольна широко применяются непрямые методы определения потребления кислорода. Они, естественно, менее точны, чем прямые, но вполне соответствуют предъявляемым требованиям. Наиболее удобной является методика определения максимального потребления кислорода с помощью номограммы Astrand — Ryhming (1960) с учетом возрастных поправочных коэффициентов.

Использование номограммы Astrand — Ryhming, несмотря на незначительные неточности, дает возможность не только освободить обследуемого от предельной нагрузки при тестировании, в том числе и от дополнительной, связанной с дыханием через газоаналитическую аппаратуру, но и позволяет пользоваться субмаксимальными нагрузочными тестами на велоэргометре.

Для определения максимального потребления кислорода с помощью номограммы при велоэргометрии учитывалась величина нагрузки (кгм/мин) на субмаксимальном уровне и частота сердечных сокращений во время нее. На шкале нагрузки номограммы Astrand— Ryhming отмечается уровень этой субмаксимальной нагрузки с учетом пола. Для мужчин—это крайняя правая шкала А, градуированная до 1500 кгм/мин, для женщин — более короткая вторая справа шкала Б, градуированная до 900 кгм/мин. Из точки отметки нагрузки проводится горизонтальная линия влево на шкалу У02.

Далее эта точка на шкале 1 соединяется прямой линией с точкой на шкале 2, соответствующей частоте сердечных сокращений при данной нагрузке с учетом пола. В месте пересечения линии со шкалой 3 определяется величина максимального потребления кислорода (л/мин), которая умножается на поправочный коэффициент.

Несмотря на большую информативную ценность показателя максимального потребления кислорода, для более полной характеристики аэробной способности организма рассчитывались относительные показатели кислородной производительности: 1) потребление кислорода на 1 кг массы тела при максимально переносимой (пороговой) нагрузке; 2) кислородный пульс, характеризующий экономичность работы сердца и представляющий собой то количество кислорода (в мл), которое доставляется тканями за одно сердечное сокращение; 3) кислородная стоимость 1 кгм выполненной работы.

О пригодности к выполнению больших физических нагрузок можно судить по уровню потребления кислорода. Чем выше этот показатель, тем выше общий резерв адаптации организма, и наоборот. В связи с этим предложены градации для оценки функционального состояния. Мы использовали пятибалльную систему Купера (1970) для мужчин. Такое деление позволяло контролировать динамику физического состояния при незначительных колебаниях потребления кислорода.

Обмен кислорода в организме. Транспорт кислорода из легких в ткани

После диффузии кислорода из альвеол в капиллярную кровь его дальнейший транспорт в капилляры периферических тканей совершается почти полностью в связанной с гемоглобином форме. Наличие в эритроцитах гемоглобина позволяет крови транспортировать в 30-100 раз больше кислорода, чем могло бы транспортироваться в виде газа, растворенного в водной составляющей крови.

В клетках тканей тела кислород реагирует с разными веществами, формируя большое количество двуокиси углерода, который потом входит в капилляры ткани и транспортируется обратно в легкие. Двуокись углерода также связывается с разными химическими веществами, находящимися в крови, что увеличивает транспорт двуокиси углерода в 15-20 раз.

В статьях на сайте представлены физические и химические принципы транспорта кислорода и двуокиси углерода в крови и тканевой жидкости как с количественной, так и качественной стороны.

а) Транспорт кислорода из легких в ткани тела. Газы могут переместиться из одной точки в другую путем диффузии и причиной такого передвижения всегда является наличие градиента парциального давления между этими точками. Так, кислород диффундирует в легких из альвеол в капиллярную кровь, потому что парциальное давление кислорода (Рог) в альвеолах больше, чем в крови легочных капилляров. В других тканях тела P_O₂ в капиллярной крови выше, чем в тканях, и это заставляет кислород диффундировать в ткани.

В метаболических процессах клеток кислород используется для образования двуокиси углерода, в результате внутриклеточное давление двуокиси углерода (P_CO₂) поднимается до высоких значений, что приводит к диффузии двуокиси углерода в тканевые капилляры. Когда кровь доходит до легких, двуокись углерода диффундирует из крови в альвеолы, т.к. Рсог в крови легочных капилляров выше, чем в альвеолах. Таким образом, транспорт кислорода и двуокиси углерода кровью зависит как от диффузии, так и от кровотока. Далее рассмотрим количественную сторону факторов, определяющих эти явления.

Поглощение кислорода капиллярной кровью в легких

б) Диффузия кислорода из альвеол в капиллярную кровь легких. В верхней части рисунка выше изображена альвеола, расположенная рядом с легочным капилляром, и показана диффузия молекул кислорода из альвеолярного воздуха в кровь. P_O₂ в альвеолярной газовой смеси составляет 104 мм рт. ст., а P_O₂ в венозной крови, входящей в легочный капилляр через его артериальный конец, составляет только 40 мм рт. ст., т.к. большое количество кислорода было поглощено из крови во время прохождения ее через периферические ткани. Таким образом, начальная разница в парциальном давлении, являющаяся причиной диффузии кислорода в легочные капилляры, составляет 104 - 40, или 64 мм рт. ст. На графике в нижней части рисунка виден резкий подъем P_O₂ крови во время прохождения ее через капилляр; к моменту прохождения 1/3 длины капилляра Р02 в крови составляет около 104 мм рт. ст., т.е. почти достигает Р02 в альвеолярном воздухе.

Поглощение кислорода кровью в легких во время физической нагрузки. При тяжелой физической нагрузке потребление кислорода может оказаться в 20 раз выше нормы. При этом из-за повышения сердечного выброса при такой нагрузке время прохождения легочного капилляра кровью может сократиться более чем в 2 раза. Однако в силу существования большого фактора надежности для диффузии кислорода через легочную мембрану кровь ко времени выхода из капилляра все же насыщается кислородом почти до максимального уровня. Это объясняется следующим.

Во-первых, во время физической нагрузки диффузионный объем кислорода возрастает почти в 3 раза. Это происходит главным образом из-за увеличения площади поверхности капилляров, участвующих в процессе диффузии, а также из-за приближения вентиляционно-перфузионного коэффициента в верхних частях легких к идеальной величине.

Во-вторых, на рисунке выше показано, что при отсутствии физической нагрузки кровь достигает почти полного насыщения кислородом уже после прохождения первой трети легочного капилляра и во время прохождения следующих двух третей обычно в нее добавляется очень мало кислорода. Можно сказать, что в покое кровь остается в легочных капиллярах в 3 раза дольше, чем это необходимо для полного насыщения ее кислородом, поэтому во время физической нагрузки кровь может полностью или почти полностью насыщаться кислородом и после сокращения времени пребывания в капиллярах.

Видео физиология газообмена в легких и транспорта газов кровью - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Возрастание активности ферментных систем, катализирующих анаэробные реакции

Повышение устойчивости организма к высокой концентрации молочной кислоты в мышцах и крови

Рис. 1. Факторы, обеспечивающие анаэробную производительность организма (по В.М.Волкову, Е.Г.Мильнеру, 1987).

В процессе распада глюкозы образуется (при недостатке кислорода) молочная кислота. Накопление молочной кислоты в организме приводит к изменению кислотно-щелочного равновесия (рН). Когда в организме накапливается слишком большое количество кислых продуктов обмена веществ, человек вынужден прекратить работу.

Для ликвидации этих продуктов также нужен кислород, ибо они разрушаются путем окисления. Но окисление это может происходить уже после окончания работы, в восстановительный период.

Количество кислорода, которое требуется для окисления продуктов обмена, образовавшихся при физической работе, называется кислородным долгом.

Кислородный долг – главнейший показатель анаэробной производительности. Максимальный кислородный долг у людей, не занимающихся спортом, не превышает 4–5 л. У спортсменов высокого класса он может достигать 10–20 л.

Различают две части кислородного долга: алактатную и лактатную.

Алактатная часть может составлять у спортсменов 2–4 л. Она идет на восстановление КрФ, отдавшего свою энергию ресинтезу АТФ, а также на восстановление израсходованных при работе запасов АТФ в мышцах.

Лактатная, большая часть кислородного долга идет на ликвидацию накопившейся при работе в мышцах и крови молочной кислоты, которая в восстановительном периоде частично окисляется, частично используется при образовании запасов углеводов в печени и мышцах.

Содержание молочной кислоты у спортсменов высокого класса может доходить до 300 мг в 100 мл крови (в покое – 10–15 мг). Чтобы продолжать при этом работу, организм должен иметь мощные буферные системы. У спортсменов мощность буферных систем крови и других тканей повышена. Но все же буферные системы не всегда могут полностью нейтрализовать кислые продукты обмена веществ, поступающие в кровь. Тогда происходит сдвиг рН крови в кислую сторону. Чтобы человек мог выполнять работу значительной мощности в условиях резких изменений внутренней среды организма, его ткани должны быть приспособлены к работе при недостатке кислорода и низком рН. Такое приспособление тканей служит одним из главных факторов, обеспечивающих высокую анаэробную производительность. Кроме того, способность человека работать при большом количестве накопившейся молочной кислоты во многом зависит и от кровоснабжения мозга и сердца. Эти органы должны получать достаточно кислорода даже в тех условиях, когда скелетные мышцы испытывают его дефицит.

Порог анаэробного обмена. При большой интенсивности бега дальнейшее увеличение скорости происходит за счет анаэробных источников энергии. Однако анаэробные процессы при беге включаются в восстановление АТФ не в тот момент, когда достигнут максимальный уровень потребления кислорода (МПК), а несколько раньше. Появление в организме первых признаков анаэробного ресинтеза АТФ называют порогом анаэробного обмена (ПАНО). Измеряется ПАНО в процентах от МПК. У спортсменов разной квалификации ПАНО равен 50–70 % от уровня максимального потребления кислорода. Это значит, что анаэробный ресинтез АТФ начинается, когда потребление кислорода достигает 50–70 % от МПК данного человека. Чем выше ПАНО, тем более тяжелую работу спортсмен выполняет, восстанавливая АТФ за счет более экономных аэробных источников энергии [1].

Кислотно-щелочное равновесие и буферные зоны. В плазме крови содержатся ионы водорода. Они входят в состав всех кислот, и поэтому от их концентрации в крови зависит ее кислотность. Для характеристики кислотности крови пользуются водородным показателем, обозначаемым рН (водородный показатель – логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком). Для дистиллированной воды величина рН составляет 7,07; кислая среда имеет рН меньше, щелочная – больше. Водородный показатель артериальной крови в среднем равен 7,4, венозной – несколько меньше. Это означает, что кровь имеет слабокислую реакцию. При физической работе в плазму крови попадает большое количество кислых продуктов обмена веществ. Однако при самой тяжелой работе рН крови не падает ниже 7,0. При большом сдвиге рН крови в кислую сторону человек вынужден прекратить работу.

Кислотно-щелочное равновесие в крови и тканях обеспечивается наличием в них особых веществ, образующих буферные системы. Существует несколько буферных систем:

карбонатная система, деятельность которой обусловлена угольной кислотой и ее солями;
фосфатная система, в состав которой входят соли фосфорной кислоты;
буферная система белков плазмы;
буферная система гемоглобина(ей принадлежит самая большая роль, так как она обеспечивает около 75 % буферной способности крови).

К примеру, если в кровь поступает какая-либо кислота, более сильная, чем угольная (например, молочная), она вступает в реакцию с бикарбонатом. В результате образуется соль этой кислоты и угольная кислота, которая расщепляется на СО₂ и Н₂О. Углекислота выделяется из организма через легкие, что обеспечивает сохранение рН крови на постоянном уровне. Если в кровь поступают щелочные продукты, то они связываются кислотами буферных систем. Это предохраняет организм от сдвига рН крови и тканей в щелочную сторону.

Щелочи буферных систем крови, способные связывать кислоты, образующиеся в процессе обмена веществ, называются щелочным резервом. Он определяется количеством углекислого газа (в мл), находящегося в химически связанном состоянии (т.е. в виде Н₂СО₃ и NаHCO₃) в 100 мл плазмы крови. У здорового человека этот показатель равен [19] 50–65 мл.

Постоянство рН тканей и крови обеспечивается легкими (освобождение организма от углекислого газа), почками и потовыми железами.

При интенсивной физической работе в кровь поступает значительное количество недоокисленных продуктов обмена, с повышением мощности работы их количество увеличивается. Например, содержание молочной кислоты может достигать 200–250 мг в 100 мл крови, т.е. увеличиться в 20–25 раз по сравнению с состоянием покоя.

Занятия оздоровительным бегом повышают возможности буферных систем крови и тканей.

Читайте также: