Адаптационные возможности организма представляют собой одно из фундаментальных свойств здоровья. Адаптационные возможности – это запас функциональных резервов, которые постоянно расходуются на поддержание равновесия между организмом и средой [1,2]. Концепция гомеостаза в настоящее время играет важную роль при анализе жизненных процессов на разных уровнях биологической системы. Гомеостатические свойства целостного организма являются результатом одновременного действия многочисленных и сложно организованных регуляторных механизмов, среди которых одно из важных мест занимает вегетативная регуляция физиологических функций, обеспечивающая постоянство уровней обмена веществ и энергии в организме. Чем выше функциональный резерв, тем меньше усилия требуются для адаптации [3].
Респираторная система является основной функциональной системой жизнедеятельности организма, участвующей в его энергообеспечении. По мере реализации индивидуальной онтогенетической программы в этой системе происходят количественные и качественные изменения, характер и выраженность которых определяются целым рядом эндогенных экзогенных факторов. К числу таких факторов следует отнести возрастные морфо-функциональные изменения в механических свойствах аппарата дыхания и механизмах регуляции дыхания, уменьшение просвета бронхов, приводящих в итоге к снижению вентиляционных способностей [6].
Снижающиеся вентиляционные способности в свою очередь существенно изменяют кинетику респираторных газов, что может найти свое отражение в формировании гипоксических, гипокапнических или гиперкапнических состояний, и, в итоге, привести к резкому ограничению приспособительных возможностей организма. В этой связи использование методов произвольного управления дыханием, позволит расширить функциональные резервы системы внешнего дыхания, оптимизировать механизмы саморегуляции [5, 6].
Материалы и методы исследования
Было обследовано 160 женщин четырех возрастных группах. Каждая группа была разделена на подгруппу А и подгруппу Б. Женщины погруппы А вели обычный образ жизни, а женщины погруппы Б в течение ряда лет регулярно занимались респираторным тренингом, используя элементы дыхательной гимнастики хатха йоги и респираторных упражнений. Первую группу составили молодые женщины в возрасте 20-30 лет, вторую – женщины зрелого возраста (31-45 лет), третья группа состояла из женщин среднего возраста (46-60 лет) и в четвертую группу были включены женщины пожилого возраста (61-75 лет). Функциональное состояние респираторной системы изучали методом пневмотахометрии с использованием прибора «Спиро-Тест РС» с компьютерной обработкой регистрируемых показателей. При этом фиксировали следующие функциональные показатели: объём легочной вентиляции (VE, л/мин), дыхательный объём (VT, мл), частоту дыхательных движений (f, цикл/мин), пиковую объёмную скорость (ПОС, л/с), мгновенную объёмную скорость на уровне 25, 50, 75 % ЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75, л/с), среднюю объёмную скорость на уровне 25-75 % ЖЕЛ (СОС 25-75, л/с), среднею объёмную скорость на уровне 75-85 % ЖЕЛ (СОС 75-85, л/с), ЖЕЛ выхода (ЖЕЛвыд, л), резервный объём вдоха (РOвд, мл), резервный объём выдоха (РOвыд, мл), ). Оценивали уровень дыхания (УД, отн.ед) по соотношению РOвыд/РOвд.
Фракционное содержание кислорода и углекислого газа в пробах альвеолярного воздуха (FАO2, FАCO2, об. %) определяли с использованием газоанализаторов ПГА-КМ и ПГ-ДУМ. С целью оценки механизмов регуляции дыхания применяли метод возвратного дыхания в ёмкость, объёмом 20 литров. Продолжительность дыхания составляла 10 минут. Содержание кислорода и углекислого газа (FIO2, FICO2) в ёмкости по завершению процедуры составляло в среднем 5,5 и 14,0 об. % соответственно. Чувствительность к хеморецепторному стимулу определяли по величине прироста объёма лёгочной вентиляции ΔVE к градиенту увеличения рСО2 в альвеолярном газе Δ РАСО2 (ΔVE/ ΔPACO2, л/мин/ мм рт.ст). Объемные показатели приведены к условиям BTPS. Исследования проводились в условиях относительного покоя. Результаты обрабатывались статистически с использованием t-критерия Стьюдента.
Результаты исследования и их обсуждение
Возрастные характеристики механики дыхания женщин, ведущих обычный образ жизни и женщин, принимавших участие в длительных занятиях респираторным тренингом, представлены в таблице.
Показатели механики дыхания обследуемых женщин различных возрастных групп (X±Sx)
|
Показатели |
1А |
1Б |
2А |
2Б |
3А |
3Б |
4А |
4Б |
|
ПОС (л/с) |
5,82±0,23 |
7,35±0,18* |
6,10±0,24 |
7,51±0,21* |
5,18±0,29 |
6,79±0,27* |
4,21±0,25* |
5,98±0,20 |
|
МОС25, л/мин |
5,64±0,20 |
6,35±0,22* |
5,34±0,26 |
6,73±0,19* |
4,71±0,25* |
5,98±0,30 |
3,69±0,29* |
5,12±0,18 |
|
МОС50, л/мин |
4,33±0,16 |
4,98±0,21* |
4,18±0,25 |
5,33±0,20* |
3,47±0,24* |
4,39±0,24 |
2,83±0,23* |
3,72±0,24 |
|
МОС75, л/мин |
2,21±0,15 |
3,36±0,19* |
1,91±0,18 |
3,92±0,18* |
1,69±0,16* |
2,82±0,12* |
1,09±0,17* |
2,21±0,21 |
|
СОС25-75, л/мин |
3,63±0,24 |
4,38±0,27* |
3,23±0,24 |
4,90±0,12* |
2,97±0,20* |
4,01±0,14 |
2,19±0,23* |
3,38±0,20 |
|
VE (л/м) |
10,58±0,58 |
7,60±0,31* |
10,28±0,27 |
5,39±0,22* |
8,70±0,39* |
7,50±0,47* |
7,81±0,39* |
9,50±0,40 |
|
F (цикл./мин) |
17,2±0,50 |
8,9±0,60* |
18,1±0,90 |
5,3±0,30* |
17,5±0,80 |
8,4±0,40* |
18,9±0,80 |
13,4±0,40* |
|
VT (мл) |
620,0±34,1 |
890,0±29,9* |
570,0±30,2 |
1060,0±31,7* |
529,9±29,0 |
910,0±32,5* |
430,1±29,7* |
691,0±28,9 |
|
ЖЕЛ (л) |
3,38±0,09 |
4,39±0,08* |
3,87±0,11 |
4,88±0,10* |
3,19±0,09 |
4,19±0,08* |
2,14±0,10* |
3,61±0,09 |
|
РОвд, (л) |
1,89±0,08 |
1,80±0,09 |
2,11±0,10 |
1,49±0,09* |
2,20±0,09* |
1,79±0,12 |
1,50±0,14 |
1,63±0,11 |
|
РОвыд, (л) |
1,19±0,07 |
1,96±0,05* |
1,41±0,08 |
1,85±0,09* |
1,07±0,10 |
1,66±0,10* |
0,30±0,11* |
1,59±0,10 |
|
РОвыд/РОвд (усл.ед) |
0,60±0,02 |
1,23±0,09* |
0,70±0,04 |
1,24±0,06* |
0,51±0,05 |
1,01±0,09* |
0,20±0,05* |
0,97±0,1 |
*Достоверность различий представлена в каждой возрастной группе относительно группы женщин молодого возраста (1А): p< 0,05-0,001.
У молодых женщин в возрасте 20-30 лет выявлены отклонения показателей бронхиальной проводимости относительно должных значений. Так, наиболее выраженные изменения зафиксированы в показателях ПОС, значения которых не превышали 80,0 %, (р<0,05) должных величин. Поскольку показатели пиковой объёмной скорости зависят в первую очередь от сократительных способностей респираторной мускулатуры, эластичности лёгочной ткани и подвижности реберно-позвоночных сочленений, то, очевидно, снижение функциональных резервов системы дыхания в этом возрасте определялось относительной недостаточностью аппарата дыхания. Уменьшение скоростных характеристик экспираторного потока в пределах 16,0 % (р<0,05) зарегистрировано также на уровне средних и мелких бронхов. Вместе с тем достаточно широкие возможности для осуществления вентиляционной функции были связаны с увеличением РОвдоха в среднем до 2,0 л и РОвыдоха в пределах 1,19±0,09 литра. Для молодых женщин характерен также относительно низкий уровень дыхания, определяемый отношением РОвыд/Ровд, которое составляло 0,60-0,02 отн.ед., что способствовало созданию условия для повышения альвеолярной вентиляции.
Наиболее высокими вентиляционными способностями обладали женщины зрелого возраста. Показатели функциональных резервов в большей части находились у них в диапазоне 90-95 % относительно должных значений. Жизненная ёмкость легких как интегральный параметр, отражающий адаптационные возможности респираторной системы, составлял в среднем 3,87±0,12 литра. Оптимальные скоростные характеристики воздушного потока в бронхах различного калибра, обеспечиваемые в больше части сократительными резервами респираторной мускулатуры способствовали увеличению общей респираторной поверхности за счет мобилизации ацинусов.
При обследовании женщин среднего возраста отмечено снижение ряда вентиляционных показателей и объёмно-скоростных характеристик форсированной экспирации. К числу таких изменений следует отнести уменьшение ЖЕЛ главным образом за счет снижения РОвыд. Снижающиеся с возрастом функциональные резервы системы внешнего дыхания были связаны также с ограничением объёмно-скоростных характеристик воздушного потока в бронхах всех уровней. Так, уменьшение значений ПОС на 20,0 %, (р<0,05), МОС 25 на 13,0 %, (р<0,05) относительно должных значений связано с потерей сократительной способности респираторной мускулатуры и ограничением подвижности грудной клетки у женщин этой возрастной группы.
Анализ показателей механики респираторного аппарата женщин пожилого возраста показывает, что инволюционные процессы в системе внешнего дыхания были наиболее выражены в этой возрастной группе. Резкое ограничение вентиляционных способностей определялось уменьшением ЖЕЛ примерно на 40,0 % относительно должных значений, (р<0,01) в значительной степени за счёт резкого падения РОвыд, значения которого не превышали 0,30±0,05 л., (р<0,01). Перераспределение составляющих ЖЕЛ в сторону увеличения роли РОвд. в активизации вентиляционной функции может свидетельствовать о перестройке структуры дыхательного цикла в сторону усиления значения инспираторной активности в формировании необходимого уровня лёгочной вентиляции. Приспособительное значение в этой ситуации может иметь снижение рефлекса Геринга-Брейера, ослабление афферентной импульсации с лёгких [4,7].
Выраженные изменения выявлены также в показателях бронхиальной проводимости. Снижение значений ПОС на 21,0 %, (р<0,01), МОС 25 на 20,5 %, (р<0,01), относительно должных значений можно связать с усилением инволюционных процессов в респираторных мышцах, приводящих к ослаблению их сократительной способности. Кроме того возрастные изменения приводят к уменьшению диаметра бронхов, что в свою очередь способствовало снижению объёмно-скоростных показателей воздушного потока.
Таким образом, выявленные возрастные особенности механики респираторного аппарата женщин оказывали существенное влияние на вентиляционную функцию и кислородный режим организма в целом.
Как известно, одним из важнейших гомеостатических параметров организма является уровень парциального давления СО2 в альвеолярном газе и артериальной крови, определяющий в значительной степени эффективность газообмена. Поскольку уровень рСО2 относится к числу пластических констант, то в его регуляции участвует целый ряд физиологических механизмов. При этом особое значение отводится чувствительности дыхательного центра к СО2 [2,8]. Как следует из представленных результатов (рисунок слева) у обследуемых наблюдалось возрастное снижение фоновых значений РАСО2 по отношению к физиологической норме вплоть до 26,1±2,21 мм рт.ст. у женщин пожилого возраста (р<0,01).
Показатели рСО2 в альвеолярном воздухе (РАСО2) и вентиляционной чувствительности (∆VE/∆PACO2) у женщин различного возраста: 1 – 20-30 лет; 2 – 31-45 лет; 3 – 46-60 лет; 4 – 61-75 лет 
– фоновые показатели; 
– после респираторного тренинга
По мере формирования гипокапнического состояния отмечался рост вентиляционной чувствительности дыхательного центра к хеморецепторному стимулу (рисунок справа). Наибольшие величины прироста VE на градиент повышения РАСО2 отмечены у женщин пожилого возраста, составлявшие 4,81±0,24 л/мин/мм рт.ст. (р<0,01). С возрастом, как известно, повышается чувствительность к гуморальным факторам при ослаблении интенсивности эфферентных импульсов из дыхательного центра [5]. В этой связи даже незначительное изменение рСО2 сопровождается достаточно выраженной вентиляционной реакцией. Одним из механизмов компенсации гипокапнического сдвига может быть ограничение экспираторной активности. Как отмечалось ранее показатели РОвыд. с возрастом снижаются, и у лиц пожилого возраста составляют около 0,3 л (р<0,01), что должно ограничивать активность элиминации СО2. Однако данный механизм компенсации являлся не эффективным. В этой связи, с учётом выявленных изменений в функциональном состоянии аппарата дыхания и механизмах регуляции, основными задачами в реализации программ произвольного управления дыханием, должно стать расширение функциональных резервов механики дыхания и нормализация уровня рСО2 в организме.
Разработанная программа респираторного тренинга, основанная на упражнениях, включающих форсированное дыхание, задержку дыхания, усиление диафрагмального дыхания и изменение параметров паттерна дыхания, активизировала механизмы рефлекторного и хеморецепторного контуров регуляции. Широкий диапазон варьирования параметров дыхания при проведении респираторных тренировок обеспечил возможность их произвольной регуляции. Основным эффекторным звеном висцеральных рефлексов, представленных преимущественно собственными дыхательными рефлексами, являлись дыхательные мышцы. К числу таких рефлексов, в первую очередь, относится рефлекс Геринга-Брейера. Повышение активности фазы выдоха благодаря включению межреберных мышц и мышц брюшного пресса, позволило сформировать новый стереотип дыхания, позволяющий оптимизировать процессы газообмена в легких. Кроме того при форсированном дыхании в регуляции глубины и частоты дыхания участвуют рецепторы верхних, нижних дыхательных путей и легких, результатом активности которых является удлинение фазы выдоха. Формирование брадипноического типа дыхания у обследуемых всех возрастных групп сопровождалось увеличение эластичности тканей дыхательных путей, повышением сократительной способности респираторной мускулатуры, что обеспечило рост скоростных характеристик воздушного потока на всех уровнях бронхо-лёгочной системы. Увеличение бронхиальной проводимости, изменения соотношения фаз форсированного выдоха и вдоха и формирование высокого уровня дыхания, способствовало активному вовлечению максимального числа ацинусов в процессы легочной вентиляции.
Помимо повышения функциональных возможностей аппарата дыхания и бронхиальной проходимости результатом респираторного тренинга явилось изменение баланса углекислоты в организме. Рост напряжения СО2 в альвеолах лёгких обеспечивался несколькими процессами, в числе которых основными являются усиление продукции метаболической углекислоты в следствие активизации респираторной мускулатуры и изменения чувствительности хеморецепторов к гиперкапническому стимулу (рисунок). В результате чего, показатели РАСО2 у всех обследуемых достигли нормакапнического уровня, соответствующего 40,0 мм рт.ст. Резко изменилась и вентиляционная чувствительность к СО2. Так, у лиц пожилого возраста этот показатель уменьшился примерно в 5 раз, (р<0,01).
Таким образом, произвольное управление дыханием способствует активному включению механизмов гомеостатического регулирования, переводу организма на новый стационарный уровень не зависимо от возраста обследуемых.
Заключение
- Выявлено, что функциональные изменениями в механики дыхания наблюдаются у людей различных возрастных групп, причем наиболее выражены инволюционные процессы у женщин пожилого возраста. Так, возрастные изменения паттерна дыхания были связаны с ограничением бронхиальной проводимости, снижением сократительной способности респираторной мускулатуры, перестройкой структуры дыхательного цикла, формированием гипокапнического типа вентиляции.
- Разработанная программа респираторного тренинга, основанная на упражнениях, включающих форсированное дыхание, задержку дыхания, усиление диафрагмального дыхания и изменение параметров паттерна дыхания, способствовала активизации механизмов рефлекторного и хеморецепторного контуров регуляции. Широкий диапазон варьирования параметров дыхания при проведении респираторных тренировок обеспечил возможность их произвольной регуляции.