Значение и эволюция органов дыхания.

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм и использование его для окисления органических веществ с освобождением энергии и выделением углекислого газа в окружающую среду.

Когда в атмосфере стал накапливаться кислород, который выделялся в качестве побочного продукта фотосинтеза, у всех живущих на Земле организмов возникла необходимость использовать этот газ или погибнуть. Кислород – сильнейший окислитель. В периодической системе он находится рядом с очень ядовитыми веществами – фтором, хлором, серой. Но именно использование кислорода в качестве конечного окислителя дало возможность организмам увеличить свою энергетическую производительность почти в 20 раз.

Процессы дыхания можно разбить на три этапа:

1. Внешнее дыхание – процессы, связанные с непосредственным извлечением кислорода из внешней среды.

2. Транспорт кислорода к тканям.

3. Внутреннее дыхание – поступление кислорода в ткани и использование его там.

У человека и многих других животных внешнее дыхание осуществляется через специальную систему органов дыхания, возникшую в ходе эволюции. Она состоит из дыхательных путей и легких. Именно в легких происходит газообмен с кровью: кровь насыщается кислородом, а углекислый газ покидает её.

Затем наступает очередь крови, которая переносит кислород к тканям.

Наконец, в тканях происходят процессы внутреннего или тканевого дыхания, где кровь отдает тканям кислород, а принимает углекислый газ.

Газообмен в легких.

Строение легких таково, что они могут поглощать и выбрасывать воздух. Механически – это напоминает губку.

Объемы вентиляции легких зависят от глубины вдоха и выдоха. Вентиляция легких – это газообмен между атмосферным воздухом и легкими. Существуют два противоположных понятия, которые надо запомнить, говоря о вентиляции легких. 1. Гипервентиляция – это произвольное усиление дыхания, связанное с метаболическими потребностями организма. 2. Гиперпное, непроизвольное усиление дыхания в связи с реальными потребностями организма.

Различают объемы вентиляции и их емкость.

1.Дыхательный объем (ДО) – это объем воздуха, который человек вдыхает при спокойном дыхании. Этот объем составляет в среднем около 500 кубических сантиметров.

2.Резервный объем вдоха (РО вдоха) – максимальный объем воздуха, который человек может дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Этот объем составляет 1500 – 2000 см в кубе.

3.Резервный объем выдоха (РО выдоха) максимальный объем выдоха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха. Этот объем также составляет 1500 – 2000 мл.

4.Остаточный объем воздуха (ОО) – это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Этот объем составляет порядка 1000 мл.

5.Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – это объем легких за вычетом остаточного объема. Он составляет от 3,5 до 4,5 л (ДО+ РО вдоха + РО выдоха = ЖЕЛ). У спортсменов ЖЕЛ выше на 1 - 1,5 л.

6.Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – это количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха. (ФОЕ = ОО + РО выдоха). У нормального человека ФОЕ равняется 2,5 – 3 л.

7.Общая емкость легких (ОЕЛ) равняется сумме ЖЕЛ и ОО. В нашем примере 4,5 – 5,5 л.

 

Кроме того, в физиологии используют такие понятия как минутный объем воздуха (МОВ) и максимальная вентиляция легких (МВЛ).

МОВ – это объем проходящего воздуха за 1 мин. Он составляет 6 – 8 л.

МВЛ – это объем воздуха, который проходит через легкие при максимальной глубине и частоте дыхания. У молодого человека она достигает 120 л/мин, а у спортсменов может достигать 180 л/мин.

 

Газообмен в тканях.

О механизме переноса газов кровью было рассказано в предыдущем разделе. Напомним лишь, что переход кислорода из легких в кровь и из крови в ткани происходит потому, что парциальное давление кислорода в крови ниже, чем в легочных пузырьках, а в тканях ниже, чем в крови.

При интенсивной работе парциальное давление кислорода в тканях, например, в мышцах, может быть равным нулю.

Важным показателем усвоения кислорода является коэффициент утилизации кислорода (КУК), выраженный в процентах. В покое он составляет 35 – 40 %. а при физической работе – 60 – 70%. Причиной увеличения коэффициента утилизации является снижение парциального давления и ускорение газообмена в тканях. 

Для оценки потенциальных возможностей спортсменов используют показатель произвольной легочной вентиляции(ПВЛ). Произвольная легочная вентиляция – это способность произвольно учащать и замелять дыхание. При перенапряжении и перетренировке этот показатель может падать.

Пожалуй, важнейшим показателем, характеризующим физическое состояние спортсмена, является максимальное потребление кислорода (МПК). МПК связано с тренированностью человека напрямую: чем выше тренированность, тем выше МПК. У спортсменов МПК в среднем составляет 3 –5 л/мин, в отдельных случаях выше 6 л/ мин.

МПК на практике измеряется прямым и непрямым способом. Прямой способ требует достаточно сложной аппаратуры. Непрямой способ доступен всем, так как между величиной потребления кислорода (ПК) и частотой сердечных сокращений (ЧСС) существует прямая зависимость. Эта зависимость отражена в таблицах, которые можно найти в учебниках по спортивной физиологии.

Интенсивность анаэробного обмена может быть оценена по кислородному долгу. (О чем более подробно будет рассказано в другом разделе курс.)