Роль дыхательной системы в восстановительных процессах организма спортсмена

д.м.н., проф. Б.Д.Юдин, А.С Кулемин.

 

Дыхание представляет собой сложный и непрерывный биологический процесс, в результате которого организм из внешней среды потребляет кислород, а выделяет углекислый газ и воду, насыщенную водородными ионами.

Дыхательная система состоит из двух отделов, каждый из которых имеет свое функциональное предназначение. Органы одного отдела выполняют воздухоносную функцию (нос, носоглотка, трахея, бронхи) и по ним атмосферный воздух поступает в легкие. Второй отдел представлен самими легкими и называется респираторным. Функциональной единицей легких являются альвеолы. Стенки альвеол представлены одним слоем однослойного эпителия, покрытого густой сетью капилляров. Благодаря такому строению в альвеолах и происходит газообмен: из атмосферного воздуха в кровь поступает кислород, а из крови в альвеолы – углекислый газ. Процесс газообмена в легких называется внешним дыханием.

Таким образом, одной из важнейших функций дыхательной системы является обеспечение организма кислородом и удаление из него углекислого газа.

Сам механизм дыхательных движений осуществляется диафрагмой и межреберными мышцами. Диафрагма — мышечно-сухожильная перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной. Главная ее функция заключается в создании отрицательного давления в грудной полости и положительного в брюшной. Края ее соединены с краями ребер, а сухожильный центр диафрагмы сращен с основанием сумки перикарда. Ее можно сравнить с двумя куполами, правый расположен над печенью, левый над селезенкой. Вершины этих куполов обращены к легким.

Когда мышечные волокна диафрагмы сокращаются, оба ее купола опускаются, а боковая поверхность диафрагмы отходит от стенок грудной клетки. Центральная сухожильная часть диафрагмы опускается незначительно. Вследствие объем грудной полости увеличивается в направлении сверху вниз, создается разряжение и воздух входит в легкие. Сокращаясь, она давит на органы брюшной полости, которые выжимаются вниз и вперед — живот выпячивается.

Когда же мышечные волокна диафрагмы расслабляются, оба купола поднимаются вверх, вытесняемые органами брюшной полости, в которой давление всегда выше, чем в грудной. Сокращение мышц брюшного пресса еще больше усиливает это давление. Вследствие этого объем грудной полости уменьшается, создается давление и воздух выходит из легких.

Межреберные мышцы за счет разворачивания ребер в стороны и некоторого поднятия их вверх увеличивают объем грудной полости, что и приводит к засасыванию в нее воздуха. При выдохе они расслабляются и в силу анатомических особенностей строения ребер и грудной клетки и их собственного веса, грудная клетка принимает свое исходное положение. В результате этого в легких создается повышенное давление, и воздух устремляется наружу. Внутренние межреберные мышцы и мышцы живота помогают сделать форсированный выдох.

В зависимости от того, какие мышцы задействованы во время дыхания, различают четыре типа дыхания: нижнее, среднее, верхнее и смешанное.

Нижнее дыхание, или, по-другому, брюшное, диафрагмальное, когда в дыхательных движениях участвует только диафрагма, а грудная клетка остается без изменений. При этом в основном вентилируется нижняя часть легких и, немного, средняя.

Среднее дыхание, или, по-другому, «реберное», когда в дыхательных движениях участвуют межреберные мышцы, грудная клетка расширяется в стороны и несколько поднимается вверх. Диафрагма при этом слегка поднимается.
Верхнее дыхание, или, по-другому, ключичное, когда дыхание осуществляется только за счет поднятия ключиц и плеч вверх, при неподвижной грудной клетке и некотором втягивании диафрагмы. При этом в основном вентилируются верхушки легких и немного средняя часть.

Смешанное дыхание, или, по-другому, «полное дыхание йогов», объединяет в себе все вышеуказанные типы дыхания, равномерно вентилируя все части легких.

При спокойном дыхании не все альвеолы участвуют в дыхании одновременно, часть альвеол находится в спавшемся состоянии. Они раскрываются при усиленном дыхании во время мышечной работы и при действии на организм разреженного воздуха (в горах). Таким образом, в легких, как и в капиллярах кровеносной системы, при небольшом уровне активности происходит попеременное включение в деятельность то одних, то других «функциональных единиц» (т. е. альвеол).

Легкие в зависимости от глубины вдоха и выдоха заполняются воздухом различно. Воздух, содержащийся в легких после максимального выдоха, называется остаточным. Объем вдоха и выдоха при спокойном дыхании составляет 500 миллилитров и называется дыхательным воздухом. Разница между дыхательным воздухом и остаточным — который выдыхается только при максимальном выдохе, — называется резервным воздухом. И, наконец, то количество воздуха, которое человек может вдохнуть сверх среднего вдоха при максимальном, называется дополнительным. Воздух, не участвующий в газообмене, но находящийся в воздухоносных путях, называется вредным пространством. Его объем примерно равен 150 миллилитрам. Сумма дыхательного, резервного и дополнительного воздуха называется жизненной емкостью легких.

Дыхание является наиболее важной функцией организма, оно обеспечивает поддержание оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов в клетках, клеточного (тканевого) дыхания, главным элементом которого является кислород.

Кислород, поступающий в ткани, используется для окисления продуктов, образующихся в итоге длинной цепи химических превращений углеводов, жиров и белков. При этом образуются углекислый газ, вода, азотистые соединения, и освобождается энергия, используемая для поддержания температуры тела и выполнения работы. Количество образующегося в организме и, в конечном итоге, выделяющегося из него углекислого газа зависит не только от количества потребляемого кислорода, но и от того, что преимущественно окисляется: углеводы, жиры или белки. Количество энергии, освобождающейся на 1 л потребленного кислорода (калорический эквивалент кислорода), при окислении углеводов равно 20,9 кДж (5 ккал) и при окислении жиров 19,7 кДж (4,7 ккал).

Обеспечение окислительно-восстановительных процессов, вывод продуктов распада, имеют крайне важное значение как для процесса тренировки и восстановления, так и для жизнедеятельности и здоровья в целом. И во всем этом весомое место принадлежит дыхательной системе.

Важность участия дыхательной системы в восстановительных процессах не вызывает никакого сомнения. Однако для оценки динамики восстановительных процессов в большей степени применяются такие методики, как биохимический анализ крови, забор и химический анализ выдыхаемого воздуха. При помощи этих методов устанавливается кислородный запас, количество фосфагенов, углеводов, глюкозы и других показателей в организме. Все это позволяет провести объективную оценку восстановлению и изучить его ход во многих деталях. Однако у вышеназванных методов есть и недостатки. К недостаткам можно в первую очередь отнести необходимость иметь в наличии дорогостоящее оборудование, высококвалифицированных специалистов. Также возникают трудности при сборе материала, в частности крови, что накладывает разного рода условности на ход исследований: количество, частота сбора материала, вплоть до психологического фактора при работе с детьми и подростками.

В связи с этим, актуальность вопроса о применении новых методов и методик для оценки процессов восстановления не вызывает сомнений. Особенно, если эти методы дают возможность оценить происходящие изменения в период восстановления как во всем организме, так и в отдельных его физиологических системах, в частности в сердечно-сосудистой и дыхательной системах.

Одним из путей решения данной проблемы является использование новых инновационных медицинских технологий, в основе которых лежат аппаратно-программые комплексы оценки функционального состояния организма.

В нашей работе мы использовали разработку отечественных ученых – аппаратно-программный комплекс «АМСАТ-КОВЕРТ» (Аналитическая Медицинская Система Автоматического Тестирования).

Аппаратно-программный комплекс «АМСАТ-КОВЕРТ». Основным принципом работы АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» является определение электрической проводимости биологически активных зон кожи человека.

АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» содержит систему обработки сигналов, которая автоматически проводит последовательное сканирование 11 участков биологически активных зон (БАЗ) кожи головы, туловища и конечностей импульсами отрицательной и положительной полярности (22 отведения), с частотой следования 10 Гц. Воздействующий в процессе диагностики на пациента электрический тест-сигнал (в пределах 50 мкА) является физиологическим, безвредным для организма.

АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» позволяет в течение короткого времени (от 10 секунд) осуществить скрининговую оценку функционального состояния как организма в целом, так и отдельных органов и систем. При этом с достаточно высокой степенью достоверности выявляются функциональные нарушения различной степени тяжести: от самых ранних стадий их развития, когда они могут еще не иметь клинических проявлений, до резко выраженных нарушений, обуславливающих клинику и требующих медицинского вмешательства.

Кроме медицины АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» нашел широкое применение в других областях, в том числе и в спорте.

Данный комплекс при использовании его в спорте позволяет определить:

- исходное функциональное состояние организма перед занятием;

- эффективность врабатывания;

- эффективность работоспособности;

- степень восстановительных способностей организма;

- прогнозирование спортивных достижений и определение сроков достижения оптимальных профессиональных качеств.

АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» позволяет оценить уровень функционального состояния как всего организма, так и отдельных его систем и органов. Данная возможность была нами использована в работе для оценки функционального состояния органов дыхательной системы и степени ее восстановления после тренировочного процесса.

В АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» выделяют следующие уровни функционального состояния: высокий, средний, удовлетворительный, пограничный и низкий.

Для определения уровня функционального состояния всей дыхательной системы и отдельных ее органов нами было проведено первичное (базовое) компьютерное обследование 15 борцов (мальчиков) в возрасте 14-17 лет. Тренировки проходили 3 раза в неделю по 1,5 часа.

На рисунке 1 представлены показатели функционального состояния дыхательной системы при первом компьютерном обследовании.

 

Рис. 1. Показатели функционального состояния дыхательной системы при первом компьютерном обследовании.

 

Как видно на рисунке, в обследованной группе чаще выявлялись пограничные и низкие показатели функционального состояния дыхательной системы. Учитывая, что все обследованные юноши прошли медицинский осмотр и по состоянию здоровья были допущены к тренировкам по восточным единоборствам, преобладание пограничных и низких показателей функционального состояния дыхательной системы можно объяснить неадекватностью физических нагрузок функциональным возможностям организма. В этом случае функциональное состояние дыхательной системы в период восстановления должно изменяться незначительно.

Для подтверждения этого предположения мы изучили динамику показателей функционального состояния дыхательной системы в период восстановления после тренировки. Для этого через 15 минут после окончания тренировки мы провели контрольное компьютерное обследование и на основании изменения показателей функционального состояния дыхательной системы до и после тренировки установили степень восстановления, которая выражается коэффициентом восстановления. В программе выделяют три коэффициента восстановления: КВ-1 соответствует рабочему, КВ-2 – раннему, а КВ-3 позднему типу восстановления.

На рисунке 2 представлено количество выявленных коэффициентов восстановления дыхательной системы.

 

Рис.2. Количество выявленных коэффициентов восстановления дыхательной системы в обследованной группе.

При дальнейшем анализе из общей группы были выделены подростки, чья восстановительная реакция дыхательной системы была равна - КВ-2 и КВ–3, что соответствовало раннему и позднему типам восстановления.
Для улучшения показателей восстановительных процессов дыхательной системы восстановительный комплекс был усилен дыхательными упражнениями.

Дыхательные упражнения применяют с целью улучшения и активизации функции внешнего дыхания, укрепления дыхательных мышц, предупреждения легочных осложнений (пневмонии, ателектазы, плевральные спайки, плеврокардиальные спайки и др.), а также для снижения физической нагрузки во время и после занятий физическими упражнениями.

Динамическими дыхательными упражнениями называют такие упражнения, во время которых дыхание осуществляется с учас­тием вспомогательных дыхательных мышц при движении конечностей и туловища.

Статическими дыхательными упражнениями называют упражнения в углубленном, ритмичном дыхании, осуществ­ляемом без движения рук, ног или туловища.

Произвольное изменение дыхания используется для его рациональной перестройки. После окончания выполнения дыхательных упражнений действие их продолжается. Но совершенствование произвольного управления дыханием возможно только при систематических упражнениях для закрепления и рефлекторного подкрепления рационального стереотипа дыхания.

В конечном итоге применение дыхательных упражнений приводит к более слаженной работе реберно-диафрагмального механизма дыхания с большим вентиляционным эффектом и с меньшей затратой энергии на работу дыхания.

Под влиянием систематических занятий дыхание верх­негрудного типа сменяется физиологически более целесо­образным — нижнегрудным, увеличивается дыхательная экскурсия ребер и диафрагмы. Улучшение диафрагмального дыхания приводит к лучшей вентиляции нижних отделов легких за счет лучшего распределения вдыхаемого воздуха.

Как средство стимуляции восстановительных процессов нами применялись дыхательные упражнения.

Во многих видах физической деятельности человека, в частности во многих видах спорта, установлена довольно тесная взаимосвязь между дыхательными движениями и движениями тела и его звеньев. При этом нарушение данной взаимосвязи в некоторых видах спорта (плавание, гребля и т.д.) приводит к существенной перестройке биомеханической структуры упражнения.

Характер дыхания обуславливает эффективность выполнения этих движений, во-вторых, дыхательные движения (ритм, частота и глубина) организуются в соответствии с биомеханикой самого движения.

В период до первого обследования процесс восстановления проходит по большей части в пассивной форме. После окончания работы занимающимся давалась возможность отдохнуть, при этом они свободно передвигались по залу, произвольно восстанавливая дыхание естественным образом. После нормализации частоты дыхания, спортсмены переходили к упражнениям на растяжку групп мышц, задействованных в данном тренировочном занятии.

После первого обследования процесс восстановления был изменен. Пассивная форма была заменена на активную, добавлены динамические и статические дыхательные упражнения, объединенные нами в единый комплекс. Помимо этого, был сделан акцент на так называемый биомеханический способ дыхания.

Биомеханический способ реализуется в движениях, в которых выдох происходит в фазах движения, характеризующихся наибольшими силовыми проявлениями, а вдох – с фазами относительного расслабления.

При дыхании следует акцентировать выдох, а не вдох. В этом случае поступающий в легкие воздух из атмосферы смешивается в легких с меньшим количеством остаточного воздуха, в котором содержание кислорода значительно ниже, а содержание углекислого газа значительно выше, чем во вдыхаемом воздухе.

Сразу после окончания работы, для восстановления нормального дыхания применялся следующий комплекс:

- 2-3 свободных вдоха-выдоха среднего объема;

- полный вдох, обычный выдох, пауза до 5 секунд;

- небольшой вдох, полный выдох. Выполняется напряжение брюшных мышц до конца выдоха, затем, не вдыхая, резким “толкающим” движением выполняются еще 2-3 напряжения живота, выдыхая остатки воздуха;

- полный вдох, обычный выдох.

Описанный выше способ выполнялся в движении. Группа двигалась шагом в колонну в обход зала. Далее, после построения, на месте выполнялся следующий комплекс:

- встать прямо; сделать носом глубокий вдох; задержать воздух на 10-15 секунд; глубокий выдох через рот. Выполнять 3-7 раз.

- встать прямо; ладони рук положить на бока (низ ребер); сделать глубокий вдох и без пауз медленно выдохнуть воздух, слегка надавливая ладонями на бока. Выполняется 3-7 раз.

- встать прямо; сделать глубокий вдох; задержать воздух на 10-15 секунд; руки вытянуты вперед на уровне плеч (кисти рук сжаты в кулаки); одним движением отвести руки назад влево, затем вперед, назад вправо, затем вперед; по окончанию сделать интенсивный глубокий выдох через рот.

Весь комплекс выполняется 3-4 раза в неделю.

В целом, все изменения, внесенные в восстановительный комплекс, могут быть представлены так:

- сделан акцент на биомеханическое дыхание;

- добавлены дыхательные упражнения для нормализации дыхания сразу после нагрузки;

- добавлен комплекс дыхательных упражнений в конце занятия.

 

После разработки и внедрения нового восстановительного комплекса через 2 месяца юным спортсменам из группы риска (10 человек) было проведено контрольное компьютерное обследование.

В таблице 1 показана динамика коэффициентов восстановления дыхательной системы, полученных до и после применения нового восстановительного комплекса.

Таблица 1.
Динамика коэффициентов восстановления дыхательной системы у юных спортсменов рисковой группы.

 

Таким образом, из представленных данных видно, что в рисковой группе после внесения соответствующих изменений в организацию восстановительного процесса в показателях восстановительных реакций дыхательной системы была выявлена выраженная положительная динамика. Так из 10 подростков, находящихся в рисковой группе в восьми случаях (80%) наблюдалась положительная динамика, что, безусловно, свидетельствует об эффективности нового восстановительного комплекса, основанного на дыхательных упражнениях.

 

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы.

1. Оценка динамики восстановительных процессов играет большую роль в учебно-тренировочном процессе. Наличие данных по восстановлению позволяет вносить необходимые коррективы в планирование тренировок, таким образом, повышая их эффективность, достигая более высоких спортивных результатов и, что главное, сохраняя здоровье спортсменов, предостерегая их от переутомления и негативного влияния чрезмерных нагрузок.

2. Процесс восстановления напрямую связан с функциональным состоянием систем организма. Оценка динамики восстановительных процессов возможна на основе изучения функционального состояния дыхательной системы.

3. Оценка динамики восстановительных процессов на основе функционального состояния дыхательной системы возможна при помощи аппаратно-программного комплекса «АМСАТ-КОВЕРТ». Данный комплекс позволяет провести достаточно объективную оценку восстановлению. Благодаря своим особенностям, процесс функциональной диагностики при помощи «АМСАТ-КОВЕРТ» является более простым и доступным методом, в сравнении с другими методами, такими как биохимический анализ крови. Проведение диагностики методом «АМСАТ-КОВЕРТ» возможно в сочетании с другими методами.

4. В повышении эффективности восстановительных процессов всего организма важную роль играет степень восстановления дыхательной системы, которую можно повысить, применив, разработанный нами новый восстановительный комплекс, в котором:

- усилен акцент на биомеханическое дыхание;

- добавлены дыхательные упражнения для нормализации дыхания сразу после нагрузки;

- добавлен комплекс дыхательных упражнений в конце занятия.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Дыхание – газообмен и энергообмен [WWW document] http://www.tiensmed.ru/articles/force6.html

2. Епифанов В.А. Лечебная физическая культура и спортивная медицина: Учебник. — М.: Медицина, 1999, 304 с.

3. Ксендозов В. О. Релаксация как метод реабилитации спортсменов. М., 2005, с. 33.

4. Макарова Г. А. Спортивная медицина. Учебник. М.: «Советский спорт». 2003.

5. Озолин Н.Г. Настольная книга тренера: Наука побеждать. Профессия – тренер. изд-во: АСТ,Астрель 2002 г., 864 стр.

6. Павлов С. Е., Павлова М. В., Кузнецова Т. Н. Восстановление в спорте. Теоретические и практические аспекты. М., 1999, с. 23.

7. Тупицын В.П. Дыхание и восточные единоборства [WWW document] http://djiudjitsu.narod.ru/djdj_03.htm

8. Шахмурадов Ю.А. Научно-методические основы многолетней технико-тактической подготовки борцов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора пед. наук. – М.: РГАФК, 1999.

9. Юдин Б.Д. «Оценка функционального состояния организма – критерий здоровья человека». Сборник доклада. VIII Международная конференция «Современные технологии восстановительной медицины». Москва.2005.

10. Юдин Б.Д. «К вопросу об изучении влияния физических нагрузок на организм детей». Издательский дом «Первое сентября», газета «Спорт в школе», № 10, 2005.

11. Юдин Б.Д. «Образование и здоровье. Аппаратно-программный комплекс «АМСАТ» как метод мониторинга здоровья детей и подростков». Сборник трудов 2-го международного конгресса по вопросам применения аппаратно-программного комплекса «АМСАТ». Тунис. 2006.

12. Юдин Б.Д. Аппаратно-программный комплекс «АМСАТ» и его роль в современной медицине. Сборник докладов 1-го международного конгресса по применению аппаратно-программного комплекса «АМСАТ». Берлин 2005.

13. Юдин Б.Д., Руев В.В. «Влияние физических нагрузок на организм учащихся». Сборник трудов «Современные проблемы физической культуры и спорта» МГПУ, 2007, вып.14.

14. Юшков О.П. Система подготовки резерва по спортивной борьбе/ Международная конференция «Борьба среди детей и молодежи». – М.: 1998.

15. Якименко С. Н. Дифференцированный подход к использованию физиологических средств восстановления. М., 1999.

 

Публикация: «Актуальные проблемы физической культуры и спорта» Сборник научно-методических трудов профессорско-преподавательского коллектива, аспирантов, соискателец и студентов. – М.: МПГУ, 2010 – 179 с.

© 2023 ООО МТЦ "КОВЕРТ"