Кислородный режим организма и физическое состояние

Кислородный конвейер обслуживается многими важнейшими органами. Кроме того, что в его работе принимают прямое участие органы дыхания, кровообращения и кроветворения, центральная и вегетативная нервная, эндокринная системы (управляющие процессом массопереноса кислорода и его утилизацией), в ней косвенно задействованы органы пищеварения и выделения - желудочно-кишечный тракт, печень, поскольку они поставляют кислородному конвейеру «топливо» - субстрат для окисления; почки и потовые железы, поскольку они участвуют в освобождении от ненужных ему и вредных продуктов обмена веществ от лишних анионов и катионов, в первую очередь аммония (выделяющегося с мочой ядовитого аммиака). Органы выделения способствуют восстановлению содержания электролитов и кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях.

В силу того, что функция кислородного конвейера зависит от работы многих органов и их систем, режимы, в которых протекает его работа, отражают функциональное состояние организма в целом. Попробуем на нескольких примерах показать, насколько информативными могут быть характеристики кислородных режимов организма.

Рассмотрим характеристики кислородных режимов организмов двух здоровых мужчин (А. и Б.) одного и того же возраста (25 лет), имеющих одинаковую массу тела (75 кг) и рост (175 см), которые находятся на одном и том же смешанном (белково-углеводном) пищевом Режиме. Результаты анализа кислородных каскадов организма, представленных, позволяют сделать следующие выводы. Скорость поэтапной доставки кислорода у обоих мужчин достаточна для удовлетворения потребности организма в кислороде; работа кислородных конвейеров и обеспечивающих ее органов не отклоняется от нормы. У А. скорость поступления кислорода в легкие и альвеолы, скорости транспорта кислорода кровью и потребления кислорода организмом выше, чем у Б., но кислородные режимы организма А. отличаются меньшей эффективностью. У него каждый литр кислорода извлекается из кислорода, поступающего в легкие (из каждых 5,25 л), альвеолы (из 3,68 л), а также из доставляемого тканям артериальной кровью, (3,05 л), тогда как у Б. для утилизации 1 л кислорода требуется меньшая скорость поэтапной доставки кислорода (4,26 л - на первом; 3,0 - на втором и 2,68 л - на третьем этапе на каждый литр утилизируемого кислорода).

В соответствии с этим требуются и разные функциональные усилия, обеспечивающие потребление организмом 1 л кислорода: у А. МОД в 26,6 раза (вентиляционный эквивалент равен 26,6), МОК в 16,87 раза (гемодинамический эквивалент равен 16,87) превосходят объем потребленного кислорода, тогда как у Б. для поглощения 1 л кислорода нужно только 24,08 л вентилируемого воздуха и 15,7 л циркулирующей крови.

Меньшая экономичность кислородных режимов организма А. проявляется и в более низких кислородных эффектах дыхательного и сердечного циклов. Так за один дыхательный цикл организм А. потребляет только 69,4% того кислорода (14,4 мл/цикл), что потребляет организм Б. (20,75 мл/цикл). Кислородный эффект сердечного цикла (или, как его называют в спортивной медицине, кислородный пульс (КГТ)) у А. (3,56 мл/уд) составляет около 77,4 % КП у Б. (4,6 мл/уд). Следует, однако, отметить, что резерв кислорода в венозной крови у А. больше, чем у Б., она несёт к лёгким больше кислорода и в абсолютных (526 мл/л и 463 мл/мин) и относительных величинах у А. скорость транспорта кислорода к легким смешанной венозной кровью превышает скорость его потребления в 2,05; у Б. - в 1,85 раза. В венозной крови у А. содержится больше кислорода, чем у Б. (122,4 мл/л и 118,7 мл/л), поскольку ткани Б. обладают большей способностью извлекать кислород из крови. Коэффициент его утилизации из крови у Б. составляет 32,9, у А. - всего 28,36 %. Способность тканей извлекать кислород из меньшего объема циркулирующей крови значительно облегчает работу сердца и дыхательных мышц - потребность организма в кислороде обеспечивается менее частым дыханием, меньшим МОД, более редкими сердечными сокращениями и меньшим объемом циркулирующей крови. Возможность снижения МОК обусловлена у Б. еще и большим содержанием гемоглобина в крови (следовательно, и большей ее кислородной емкостью и более высоким содержанием в крови кислорода). Таким образом, хотя кислородные режимы организма А. и не выходят за пределы нормальных, они оказываются менее эффективными, менее экономичными (хотя и менее напряженными), чем у Б.

О меньшей напряженности кислородных режимов организма А. свидетельствуют каскады Р02: парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе, его напряжение в артериальной крови у Б. ниже, чем у А. (хотя и далеки до критических уровней). Отличаются у этих двух лиц и режимы массопереноса углекислого газа - его парциальное давление в альвеолах и напряжение в крови у Б. выше, чем у А., что, возможно, обусловливает относительно лучшее кровоснабжение (в частности мозга) у Б.

Следовательно, организм Б., отличающийся большей эффективностью и экономичностью кислородных режимов и удовлетворяющий свой кислородный запрос при меньшем Р02 и более высоком РС02 в альвеолярном газе и артериальной крови, обладает более развитой системой дыхания, он более физически тренирован и работоспособен. Подтвердить сделанный прогноз можно специальным тестированием, любыми тестами, применяющимися в. спортивной педагогике. При физической нагрузке различия кислородных режимов организма этих двух мужчин еще более выражены - у Б. сохраняются или даже увеличиваются преимущества в эффективности и экономичности кислородных режимов организма при мышечной деятельности, но, кроме того, У этого мужчины максимальное потребление кислорода, т. е. производительность всей системы обеспечения организма кислородом (аэробная производительность) выше, чем у А. Это позволяет Б. легче выполнять гораздо большую нагрузку, т. е. проявить более высокую работоспособность.

Рассмотрим изменения кислородных режимов организма при снижении Р02. А. приехал в горы. На высоте 4200 м скорости поступления кислорода в легкие и транспорта его артериальной кровью снизились, а интенсивность потребления кислорода осталась прежней, т. е. эффективность КРО повысилась: каждый литр кислорода организм получал из 4,84 л воздуха, поступающего в легкие, 3,82 л кислорода, поступающего в альвеолы, и 2,9 л кислорода, доставляемого артериальной кровью. При этом, однако, обеспечение организма кислородом стало менее экономичным. Для обеспечения организму возможности утилизации 1 л кислорода в легкие должно поступать 39,9 л воздуха, т. е. на 10,3 л больше, чем на уровне моря; сосудистое русло сердца должно выбрасывать 18,2 л крови, т. е. на 1,33 л больше, чем при нормальном Р02. Каждое дыхание обеспечивало организму возможность потребления только 12,9 мл кислорода, каждое сердечное сокращение - только 3,3 мл, т. е. меньше, чем на уровне моря. На высоте 4200 м для удовлетворения потребности организма в кислороде выполняли большую работу органы дыхания и сердце, следовательно, последним в новых условиях требовалось больше кислорода. Из-за этого его потребление должно было бы увеличиться по крайней мере на 10 %. Если вычесть эту величину из общего объема потребляемого всеми другими тканями кислорода, то окажется, что на высоте 4200 м оно у человека снизилось. Ответ на вопрос о причине снижения потребления кислорода всеми другими органами дает анализ каскада Р02. На высоте 4200 м Р02 составляет 96 мм рт. ст., давление его в альвеолярном воздухе - всего 57, а напряжение его в артериальной крови - около 50 мм рт. ст. Это напряжение находится на критическом уровне, оно сдерживает ход окислительных процессов, вследствие чего снижается способность тканей утилизировать кислород. На этой высоте у А. ухудшается состояние организма, в первую очередь высших отделов головного мозга, что проявляется головной болью, снижением умственной и физической работоспособности. Любая работа требует добавочной утилизации кислорода, которая при таком низком его напряжении затруднена. Физическая и умственная работа у в горах А. вызывает только ухудшение состояния его здоровья, усиливает проявления горной болезни.

Сравним кислородные режимы организмов А. и такого же по возрасту, росту и массе тела горца В., родившегося в среднегорье, живущего и работающего длительное время на высоте 4200 м. У В. в легкие поступает в 1 мин меньше, а в альвеолы больше кислорода, чем у А., больше его доставляется артериальной кровью к тканям и ими потребляется. При этом эффективность обеспечения кислородом организма горца выше, чем у А. на уровне моря, а экономичность выше, чем у А. на той же высоте. Так, горцу требуется для утилизации 1 л кислорода пропустить через легкие на 4,73 л меньше воздуха, а его сердцу - выбросить в сосудистое русло на 3,65 л меньше крови; каждый вдох обеспечивает горцу на 3 мл, каждое сердечное сокращение - на 1 мл больше потребленного кислорода, чем у жителя равнины.

Почему это происходит? Чем отличается доставка кислорода и его утилизация у горца не только с количественной, но и с качественной стороны? Прежде всего обращает на себя внимание тот факт, что по отношению к скорости поступления Р02 в легкие доставка его в альвеолы у В. составляет 86,3, а у А. - 79,1 %. Это объясняется тем, что у В. мертвое дыхательное пространство меньше (как анатомическое, так и физиологическое), а диффузионная поверхность больше. У горцев трахея короче, она и крупные бронхи занимают меньший объем. Грудная клетка горцев короче и шире, ребра расположены более горизонтально, и вся грудная клетка находится как бы в положении вдоха, альвеолы сильнее растянуты и оплетены более густой сетью кровеносных капилляров.

Далее, обращает на себя внимание тот факт, что для потребления 1 л кислорода горцу требуется значительно меньше артериальной крови, поскольку в его крови, как и у всех акклиматизированных лиц, больше гемоглобина, кислородная емкость его крови и содержание в ней кислорода выше.

В данном случае не требуется такой большой МОК, что облегчает работу сердца.

Наконец, следующий факт: организм горца потребляет в тех же условиях больше кислорода, чем человека. Это можно объяснить по крайней мере двумя причинами. Первая - это то, что Ра02 выше критического уровня на 5 мм (выше 50 мм рт. ст.), поэтому оно еще не ограничивает возможности утилизации кислорода; вторая - это способность тканей организма горца извлекать больше кислорода из крови при низком его напряжении. Об этом свидетельствуют более высокие различие по кислороду и коэффициент его утилизации из крови.

Адекватное потребности организма снабжение его кислородом обусловливает у горца более высокий уровень умственной и физической работоспособности в горах, хорошее функциональное состояние организма, отсутствие признаков горной болезни.