Введение к работе
Актуальность исследования. Вентиляция лепсгх человека обеспечивается ритмичными сокращениями относительно самостоятельных мышечных групп - диафрагмы, межреберных к вспомогательных, различающихся- морфологически, функционально и имеющих собственные механизмы регуляции (см. обзор: Исаев, 1994). Аппарат внешнего дыхания человека располагает существенными резервами: при гиперьзп-1шн и мышечной работе объем вентиляции легких может увеличиваться в 15 и более раз. Такой диапазон приспособительных возможностей функции дыхания к различным'условиям жизнедеятельности организма обеспечивается системой нсйрогуморальнон регуляции, включающей в себя дыхательный центр и два регулирующих контура - хеморецеотор-ный, обеспечивающий соответствие объема вентиляции хигдизму или интенсивности метаболизма в организме и механорецепторный, контролирующий степень сокращения дыхательных мышц и устанавливающий энергетически оптимальный объемно-временной паттерн дыхания (Сергиевский, 1951; Grodins, 1963; Шик, 1973; Юматов, 1975; Сафонов и др.. 1980; Бреслгв, Глебовский, I9SI; Исаев, 1990; Сергаевский идр,. 1993).
Существует мнение, что диафрагма является основным инспиратором и абдоминальный компонент составляет 2/3 спонтанного дыхательного объема и жизненной емкости легких (Josenhans, 1969; Campbell et all., 1970; Goldman 1979). Однако, это - лишь предположение, поскольку экспериментально (посредством адекватных методов) оно не подтверждено.
Каковы торакальные и абдоминальные вклады в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы? Какова роль торакального и абдоминального компонентов при спонтанном дыхании а покое и при гиперпноэ в ответ на хеморецёпторные и нейрогепные стимулы? Зависит ли (и как) соотношение торакальных и абдоминальных вкладов в функциональный дыхательный резерв к в вентиляторные г.е-ахции на птеркалнию и мышечную работу от положения тела относительно направления сил гравитации?
Попытка ответить на эти и вытекающие из них актуальные дтя экспериментальной и прикладной физиологии вопросы и послужипа предпосылкой для организации настоящего исследования.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы явилось изучение особенностей реакций абдоминального и торакального компонентов дыхания человека на хеморецёпторные (прогрессирующая гиперкапния) и нейрогенные (циклическая мышечная работа) возмущения. Предстояло также выяснить зависимость эзих
4 реакций от мсхачического состояния аппарата дыханих, обусловленного положением тела (позы) относительно направления сил гравитации. Перед иссаедоганнек были поставлены задачи:
-
определить соотношения абдоминальных и торакальных вкладов в функциональную жизненную емкость легких (ках функциональный дыхательный резерв) и составляющие ее объемы; выявить зависимость этих соотношений от положенил зела в пространстве;
-
изучить динамику объемных и временных параметров дыхания, их абдоминальных и торакальных составляющих в позах сюя, сидя, лежа при специфических для системы дыхания воздействиях:
в процессе прогрессирующей гиперкапнни на фоне нормсксии;
в процессе циклической мышечной работы;
3) провеет сравнительным анализ соотношения абдоминальных и то
ракальных компонентов вентиляторных реакций на прогрессирующую
гиперкапнию и циклическую мышечную работу.
Научная новизна полученных данных. Впервые проведено исследование, в котором посредством ординальной компьютерной безмасочной пневмографии определены количественные (в объемных единицах) торакальные и абдоминальные вклады в функциональную жизненную емкость легких (функциональный дыхательный резерв) человека и составляющие ее объемы; изучены соотношения торакального и абдоминального компонентов (объемных, временных, скоростных) спонтанного дыхания и вентиля горных реакций на прогрессирующую гиперкапнию и циклическую мышечную работу и их особенности, обусловленные механическим состоянием аппарата дыхания а различных положениях тела относительно направления сил гравитации.
Основные положения, выносимые на защиту. Соотношение торакального и абдоминального вкладов в функциональную жизненную емкость легких зависит от баланса сил, действующих на дыхательный ал-парат, обусловленных положением тела в пространстве: в вертикальном положении большую часть функционального дыхательного резерва составляет торакальный компонент, в горизонтальном торакальный и абдоминальный вклады уравниваются.
В состоянии покоя абдоминальный дыхательный резерв используется в большей степени, чем торакальный. При перемене положения тела («поя, сидя, лежа) коэффициенты использования дыхательных резервов не меняются. В результате, в вертикальном положении вентиляция легких обеспечивая?» .за счет равных вкладов торакального и абдоминального компонентов в дыхательный объем, в горизонтальном ь большей степени за счет абдоминального вклада.
При пшерлноэ в ответ на прогрессирующую гиперкапнию исходные для каждого положения тела соотношения торакального и абдоми-
5 нального вкладов в дыхательный объем и коэффициенты использования торакального і: абдоминального дыхательных резервов сохраняются. В результате, в вертикальном положении торакальный и абдоминальный компоненты вентиляторной реакции ка хеморецоиторные стимулы равны, в горизонтальном - абдоминальный компонент реакции количественно более выражен.
При гиперппоэ в ответ на умеренную циклическую мышечную работу в положениях стоя, сидя и лежа объем вентиляции увеличиз-сіо: в равной степени за счет синхронного прироста его торакальной и абдоминальной составляющих.
При одинаковом приросте дыхательного объема ь условиях гк-перкапнии и мышечной работы сдвиги торакальных вкладов и коэффициенты использования термального дыхательного резерва не различаются, прирост абдоминальных вкладов в дыхательный объем и коэффициенты использования абдоминального резерва при работе меньше, чем при гиперкапнии. Наиболее вероятной причиной количественного ограничения абдоминального вклада в реакцию дыхания на работу чз-ляетс.ч участие респираторных мышц брюшного пресса в выполнении заданной нагрузки.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные вносят определенный вклад в физиопогию дыхания. Определена роль торакального и абдоминального ксмпоне:«тов при спонтанном дыхании и их поведение при реакциях на хеморецепторные и нїйрогс.і-ные зозмущения. Результаты исследования позволяют говорить о механизмах, устанавливающих оптимальное соотношение торакального и абдоминального компонентов дыхания, соответствующее механическому состоянию дыхательного аппарата и характеру сопротивления дыханию, обусловленным положением тела относительно гравитации.
С учетом значения функционального состояния дыхательных мышц в общей работоспособности организма в невесомости (Баранов, 1993), при спортивной деятельности (Кучкин, 1983), при различных формах обструктивной респираторной патологии (Федосеев, 1994) и других условиях предложенный метод (компьютернач безмасочиач пневмография) и результаты исследования могут найти применение при разработке и обосновании средств тренировки дыхательного аппарата в профессиональной деятельности и реабилитации функции дыхания в клинике.
Метод и полученные результаты используются в учебном процессе на кафедре физиологии Тверского государственного университета в курсе лекций "Физиолоі-ия дыхания", на большом практикуме и спецпрактикуме, при подготовке курсовых и дипломных работ.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Республиканской научной конференции физиологов, посвященной М. В. Сергиевскому (Самара, І9ЧЗ), на съезде физиологического общества им. И.П.Павлоза (Пушино, 1993), на научных конференциях Тверского го-суннверситета (Тверь, 1993. 1996), на 7 Всероссийском симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации'* (Москва, 1994), на 3 съезде физиологов Казахстана (Алма-Ата, 1995). Материалы включены в монографию В. И. Минясва "Произвольное управление дыхательными движениями" (Тверь, 1994).
Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе в Физиологическом журнале им. И. М. Сеченова и в журнале "Успехи физиологических наук".
Структура и объем диссертации. Диссертация включает - введение. 6 глав, заключение, выводы, список литературы. Работа изложена на 120 страницах, документирована таблицами (14) и иллюстрирована рисунками (8). Список литературы включает 83 отечественных и 79 зарубежных работ.