Сравнительная характеристика функции дыхания пловцов, спортсменов, не занимающихся плаванием, и людей, не занимающихся спортом

Анкетирование студентов показало, что сидячий образ жизни ведут 44,2%, легкая физическая активность отмечена у 27,8%, умеренная физическая активность — у 27,8%, повышенная физическая активность — у 12% [1]. Это означает, что около 50% студентов находятся в состоянии гиподинамии, что приводит к ухудшению функционального состояния организма, в том числе функции внешнего дыхания (ФВД) [2]. Как следствие, возможны снижение уровня здоровья, формирование факторов риска и развитие хронических заболеваний. В то же время поддержание оптимального уровня физической активности у молодых людей приводит к повышению функциональных резервов дыхательной и сердечно-сосудистой систем, снижению действия факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний в будущем [3].

Цель исследования — изучить особенности функции внешнего дыхания при разных уровнях и видах физической активности.

Дизайн исследования: поперечное сравнительное исследование. На базе кафедры нормальной физиологии им. Н.Ю. Беленкова ФГБОУ ВО ПИМУ Минздрава России в период с 12.11.2023 по 02.12.2023 обследовали добровольцев (всего 71 человек).

Критерии включения: возраст 18—22 года, отсутствие жалоб со стороны дыхательной системы.

Критерии исключения: курение, хронические заболевания в стадии обострения, перенесенное острое респираторное заболевание менее 2 нед назад, реакция частоты сердечных сокращений (ЧСС) >1,2 на задержку дыхания. В соответствии с критериями для исследования отобраны 53 человека.

Исследование соответствовало этическим стандартам Хельсинкской декларации 1975 г. и ее пересмотренного варианта 2000 г. Все обследуемые лица подписывали информированное добровольное согласие на участие в исследовании.

Обследуемые разделены на 3 группы:

1) пловцы — спортсмены, занимающиеся плаванием более 5 лет, 15 человек+4 бывших пловца (6 мужчин и 13 женщин). Решение о включении бывших пловцов в эту группу принято в ходе обследования, так как их результаты не отличались от результатов пловцов;

2) спортсмены, занимающиеся другими видами спорта более 5 лет, 15 человек (7 мужчин и 8 женщин);

3) люди, не занимающиеся спортом, 19 человек (4 мужчины и 15 женщин).

Проводили измерение основного показателя ФВД — жизненной емкости легких (ЖЕЛ) в мл с зажатым носом с помощью сухого портативного спирометра (ГРСИ РФ №5247-76). Как известно, ЖЕЛ существенно зависит от массы тела и роста. Поэтому измеряли массу тела с помощью напольных весов, рост записывали со слов обследуемого. Дополнительно рассчитывали фактическую ЖЕЛ (мл/кг)=ЖЕЛ (мл)/масса тела (кг) и ∆ЖЕЛ (%)=(Измеренная ЖЕЛ/Должная ЖЕЛ)·100%.

Должную ЖЕЛ (мл) вычисляли по формулам для женщин: (рост (см)·40) + (масса (кг)·10 — 3800; для мужчин: (рост (см)·40)+(масса (кг)·30) — 4400 [4].

Проводили функциональные пробы, которые позволяют быстро и безопасно выявить функциональное состояние дыхательной системы, а также обладают методической простотой и доступностью без необходимости специальной аппаратуры, что важно в условиях массовых обследований [5].

Проба Генчи — продолжительность произвольной задержки дыхания на выдохе [5]. Перед началом процедуры пальпировали пульс на лучевой артерии и считали ЧСС. Далее обследуемый делал три спокойных вдоха и выдоха. После чего делал максимально глубокий вдох, затем выдох и задерживал дыхание, при этом нос зажимал пальцами. Измеряли время задержки дыхания с помощью секундомера. После вдоха, когда дыхание восстановится, снова считали ЧСС [6].

Проба Штанге — продолжительность произвольной задержки дыхания на вдохе [5]. Обследуемый делал максимально глубокий вдох и задерживал дыхание, при этом нос зажимал пальцами. Измеряли время задержки дыхания с помощью секундомера. До и после пробы считали ЧСС [6]. Все измерения проводили в положении стоя.

Далее вычисляли значение показателя реакции (ПР) ЧСС: ПР=ЧСС после теста/ЧСС до теста. У здоровых людей этот показатель не должен превышать 1,2. В противном случае можно говорить о неблагоприятной реакции сердечно-сосудистой системы [7]. Показатель ПР >1,2 использовали как критерий исключения из исследования.

Данные обследований вводили в электронные таблицы Microsoft Excel.

Статистическая обработка проведена в программе Jamovi 2.3.28 непараметрическими методами. Для сравнения трех несвязанных групп выполняли однофакторный дисперсионный анализ Краскела—Уоллиса. Различия между группами считали статистически значимыми при p<0,05.

Все обследуемые относились к одной возрастной группе — 18—22 года, медиана 19 лет. Во всех трех группах преобладали женщины. По массе тела между группами статистически значимых различий не было (p=0,56). Получено статистически значимое различие по росту (пловцы — 153—183 см, медиана 169 см; спортсмены — 150—186 см, медиана 169 см, не занимающиеся спортом — 160—193 см, медиана 171 см, p= 0,001), но для оценки ФВД использовали относительные показатели.

Сравнение результатов функциональных проб и ∆ЖЕЛ в трех группах представлено в таблице. Наилучшие результаты отмечены у пловцов, наихудшие — у лиц, не занимающихся спортом (p<0,001).

Сравнение результатов исследования функции внешнего дыхания в группах обследуемых

Сравнение абсолютных значений каждого из показателей подтверждает эти результаты. Фактическая ЖЕЛ и ∆ЖЕЛ у людей, не занимающихся спортом, статистически значимо ниже, чем у пловцов и других спортсменов (соответственно p=0,045 и p=0,005) (рис. 1, 2).

Рис. 1. Сравнение фактической жизненной емкости легких (мл/кг) у лиц обследуемых групп.

Рис. 2. Сравнение ∆ЖЕЛ (%) у лиц обследуемых групп.

Результаты пробы Штанге у людей, не занимающихся спортом, значительно ниже (p<0,0005), чем у пловцов и других спортсменов (рис. 3). Результаты пробы Генчи показали наибольшие различия между всеми группами (p<0,0001) (рис. 4).

Рис. 3. Сравнение результатов пробы Штанге (с) у лиц обследуемых групп.

Рис. 4. Сравнение результатов пробы Генчи (с) у лиц обследуемых групп.

Результаты исследования показывают, что наилучшие показатели ФВД зарегистрированы у пловцов, также хорошие результаты получены у спортсменов, занимающихся другими видами спорта. У лиц, не занимающихся спортом, показатели ФВД значительно снижены, что согласуется с данными других авторов. Уровень функциональных возможностей дыхательной системы курсантов-кинологов от курса к курсу снижается, что пропорционально уровню их физической подготовки (на 1-м курсе наибольшее количество тренировок) [8]. Высокая приверженность занятиям физической культурой в период обучения в школе позволила им добиться более высоких показателей ФВД [2].

Объем форсированного выдоха за 1 с и ЖЕЛ были выше у пловцов, чем у бегунов [9]. Такие результаты объясняются комплексным воздействием плавания на организм. У пловцов дыхание становится более глубоким, снижается частота дыхательных движений, уменьшается объем мертвого пространства, увеличиваются ЖЕЛ и минутный объем дыхания [10]. При погружении гидростатическое давление воды вызывает сжатие грудной клетки и снижение ЖЕЛ на 6—11%, следовательно, возникает необходимость в ее увеличении. Пловец, преодолевая сопротивление воды, тренирует дыхательные мышцы, что приводит к их гипертрофии. Увеличивается количество активных альвеол [11], повышается эластичность легких; улучшается подвижность суставов грудной клетки [12].

Полученные отличные и хорошие результаты проб Штанге и Генчи у пловцов могут быть объяснены выработкой условных рефлексов. Дыхание находится под контролем как вегетативной, так и соматической частей нервной системы. Произвольное управление дыханием у человека основано на корковом представительстве проприоцептивного анализатора, который обрабатывает информацию в том числе от дыхательных мышц, а также на наличии коркового контроля работы дыхательных мышц [13]. Особая динамика дыхания возникает за счет длительного выдоха в воду и необходимости долгое время плыть без вдоха [14]. Вдох согласован с гребком руками, что ограничивает продолжительность этой фазы. При первых попытках занимающегося плаванием преодолевать дистанцию формируется тренированность плыть с задержкой дыхания на вдохе, и лишь затем — в согласовании с выдохом в воду [15].

Результаты проб Штанге и Генчи после гипоксических тренировок растут, что свидетельствует о позитивном влиянии упражнений на выносливость с щадящим воздействием на ЧСС. Задержка дыхания на вдохе и выдохе применима в тренировочном процессе как инструмент, вырабатывающий волевые способности, повышающий работоспособность и выносливость [16]. Чем больше время задержки дыхания на выдохе, тем выше отношение скоростей раннего и позднего наполнения правого желудочка, ниже пиковая скорость притока крови к правому предсердию из системы верхней полой вены в систолу и пиковая скорость потока в аорте по данным эхокардиографии. Выявляются признаки экономизации функционирования системы кровообращения в покое [3]. Пробы Штанге и Генчи позволяют определить уровень тренированности и адаптационных резервов кардио-респираторной системы.

В некоторых источниках указывается, что результаты проб с задержкой дыхания зависят от содержания кислорода в крови и позволяют объективно оценивать устойчивость организма к гипоксии [5, 17]. Обычно человек способен задерживать дыхание под водой на 30—60 с. Мировой рекорд по задержке дыхания под водой установил француз Стефан Мифсуд в 2009 г. — 11 мин 35 с. При таком времени задержки дыхания, конечно, есть место гипоксии. Однако функциональная проба — это точно дозированное воздействие на организм человека определенного фактора, которое позволяет изучить функциональное состояние и реакцию органа, системы или организма в целом на данный фактор. И в обычных условиях основной пусковой фактор императивного вдоха — не гипоксия, а гиперкапния, что убедительно доказал в своих экспериментах Дж.С. Холдейн в 1906 г. Главными стимуляторами дыхания являются парциальное напряжение CO₂ и связанные с ним ионы H⁺в артериальной крови, недостаток кислорода не возбуждает дыхательный центр [13, 18]. Пробы Штанге и Генчи, скорее, являются показателями устойчивости нейронных сетей к гиперкапнии при адаптации к спортивным тренировкам [19].

Если показатели ФВД снижены, ухудшаются адаптационные резервы организма, снижается уровень здоровья [20]. Для повышения адаптационных резервов кардиореспираторной системы организма молодым людям необходимо повышать свою физическую активность. Одним из видов тренировок являются занятия плаванием, которые должны проходить под руководством инструктора для выработки правильной техники — согласования движений с фазами дыхания.

Полученные результаты показали, что такие показатели функции внешнего дыхания, как жизненная емкость легких, пробы Штанге и Генчи, у спортсменов (независимо от вида спорта) по сравнению с людьми, не занимающимися спортом, лучше благодаря регулярным физическим нагрузкам. Максимальные показатели демонстрируют пловцы.

Вклад авторов: концепция и дизайн исследования — Потехина Ю.П., Шалавина А.А.; сбор и обработка материала — Шалавина А.А.; статистический анализ данных — Шалавина А.А.; написание текста — Потехина Ю.П., Шалавина А.А.; научное редактирование — Потехина Ю.П.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Authors contribution: study design and concept — Potekhina Y.P., Shalavina A.A.; data collection and processing — Shalavina A.A.; statistical analysis — Shalavina A.A.; text writing — Potekhina Y.P., Shalavina A.A.; scientific editing — Potekhina Y.P.