Особенности газообмена у фридайвера высокой квалификации

при нырянии в длину в ластах

Молчанова Наталья Вадимовна

Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма, Россия, Москва

E-mail: freediving2004@list.ru

Тел. 8-903-288-53-75

Кандидат педагогических наук, доцент кафедры ТиМ прикладных видов спорта и экстремальной деятельности

РЫБАКОВ Виталий Анатольевич

Национальный исследовательский университет Московский физико-технический институт.

Научная лаборатория "Информационные технологии в спорте"

КАЛИНИН Евгений Михайлович

Национальный исследовательский университет Московский физико-технический институт.

Кандидат педагогических наук 

Научная лаборатория "Информационные технологии в спорте"

КАМЕНЩИКОВА Анна Викторовна

Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма, Россия, Москва

Ключевые слова: задержка дыхания; гипоксическое состояние, гиперкапническое состояние.

Аннотация: Во время ныряния в длину в организме фридайвера развивается гипоксическое и гиперкапническое состояние, лимитирующее его работоспособность.

Актуальность исследования . Энергообеспечение организма спортсмена во время ныряния с задержкой дыхания происходит в условиях быстро нарастающего дефицита кислорода и накопления избытка углекислоты в крови и тканях организма. Воздух, находящийся в легких и дыхательных путях, меняет свой химический состав. Сведений об изменениях в дыхательной системе квалифицированных спортсменов, наступающих под влиянием ныряния с задержкой дыхания, в настоящее время не достаточно. Единичные исследования проводились с участием подводных охотников и не отражали изменений, характерных для фридайверов [4]. Для понимания процессов, лимитирующих работоспособность во фридайвинге, следует исследовать изменения в составе выдыхаемого воздуха у спортсменов после гипоксической нагрузки.

Цель исследования. Определение особенностей легочного газообмена у высококвалифицированного фридайвера после ныряния, выполняемого непрерывным и интервальным методами.

Методы исследования.Анализ научно-методической литературы, газоанализ, математическая статистика.

Организация исследования. Исследования проводились на базе бассейна РГУФКСМиТ при температуре воздуха 23-24,7º С., воды 29º С, концентрация газов в атмосферном воздухе составляла О2 – 20,93%, СО2 – 0,03%. При проведении исследований с помощью прибора газоанализатора Metamax Cortex 3B выдох после окончания дистанции осуществлялся в маску, из которой он поступал на газоанализатор для определения концентраций находящихся в нем газов. Испытуемый спортсмен Молчанов Алексей - 5-кратный вице-чемпион мира, 3-кратный рекордсмен мира. Возраст 26 лет. Стаж занятий фридайвингом 9 лет. Масса тела 80,5 кг. Рост 180 см. Изучаемые показатели измерялись перед и после гипоксической нагрузки: ныряние под водой в длину в ластах с задержкой дыхания на дистанции 50, 100, 150 и 200 м с интервалом отдыха между попытками от 6 до 26 мин. и серии 8х50 м с интервалом отдыха пять вдохов между отрезками.

Обсуждение результатов.Результаты исследования показали, что чем больше дистанция, тем ниже PO2 и выше PСO2 в выдыхаемом воздухе после нагрузки. Исключение составляет дистанция 100 м, после которой не отмечается эта зависимость. По-видимому, дистанция 50 м имела эффект разминки и привела к включению приспособительных механизмов к работе с задержкой дыхания (рис. 1).

Рисунок 1 – Зависимость РО2 и РСО2 от длины дистанции при нырянии в ластах с задержкой дыхания у высококвалифицированного фридайвера

В 1-м выдохе после окончания каждой дистанции не отмечалось максимальных изменений в газовом составе воздуха. Они проявлялись после 2-3-х дыхательных циклов. Это связано с наличием мертвого пространства в дыхательных путях и перемешиванием альвеолярного воздуха с воздухом, не участвующим в газообмене. Изменения в составе выдыхаемого воздуха после дистанций 50, 100, 150 м были незначительны. У высокотренированных фридайверов включение компенсаторных реакций в борьбу организма за кислород происходит не постепенно, по мере нарастания кислородного дефицита, а только с определенного уровня гипоксемии [3]. Лишь дистанция 200 м вызвала достоверно значимые отличия в легочном газообмене испытуемого, т.к. предельная дистанция вызывает сдвиг рН крови в кислую сторону вследствие накопления молочной кислоты и углекислого газа [2]. В результате сродство оксигемоглобина к кислороду уменьшается, что облегчает отдачу его в ткани [1]. По окончании дистанции во 2-ом выдохе отмечалось снижение PO2 до критической величины 65,9 мм.рт.ст. Это указывает на развитие острого гипоксического состояния в организме спортсмена. В то же время показатели PСO2 возрастали до 48-й секунды восстановления - 45,2 мм.рт.ст. Вероятно, столь длительное увеличение этого показателя газообмена связано со значительным накоплением продуктов обмена в тканях в связи с гипоксическим характером работы и постепенным выходом СО2 из тканей в кровяное русло и в легкие. Таким образом, воздействие СО2 на организм сохраняется длительное время в восстановительном периоде.

Потребление кислорода и выделение СО2 из организма повышались после нагрузки тем больше, чем длиннее была преодоленная дистанция. Исключение составляет дистанция 150 м, после которой наблюдается меньшее потребление О2. Однако, восстановление этого показателя происходит с меньшей скоростью, чем после дистанций 50 и 100 м. Повышенное потребление O2, используемого для покрытия кислородного долга, то есть для окисления продуктов обмена веществ, образовавшихся во время ныряния сохраняется в течение 2,5 минут после работы, а после 200 м - 15 минут (рис. 2).

Рисунок 2 – Потребление кислорода на различных дистанциях после ныряния в ластах с задержкой дыхания у высококвалифицированного фридайвера

Соответственно увеличиваются выделение CO2, причем после дистанций 50, 100 и 150 м наблюдается прямолинейное быстрое снижение, в течение 1–й минуты этого показателя. После 200 м происходит длительный выход накопившегося продукта обмена из тканей и полного восстановления, т.е. снижения выделения CO2 до исходного уровня, не происходит в течение 20 минут (рис. 3).

Рисунок 3 – Выделение углекислого газа на различных дистанций после ныряния в ластах с задержкой дыхания у высококвалифицированного фридайвера

Эти данные указывают на более длительное сохранение в восстановительном периоде после ныряния гиперкапнического состояния в организме спортсмена по сравнению с гипоксическим состоянием.

На графиках представлено снижение потребления кислорода из воздуха, находящегося в жизненной емкости легких. Реальное потребление кислорода из воздуха легких несколько больше, чем показано на рисунке, так как не учитывалось уменьшение содержания кислорода в остаточном объеме легких. Кроме кислорода легочного воздуха потреблялся также кислород, связанный с гемоглобином, миоглобином и растворенный в тканях.

Данные показателей газообмена в серии 8 х 50 м ныряние с задержкой дыхания свидетельствуют об умеренном развитии гипоксического состояния. РО2 резко снижается после 4-го отрезка, затем вновь увеличивается после 5-го отрезка и постепенно снижается к концу серии. РCO2 резко увеличивается после 4-го отрезка, затем снижается после 5-го отрезка и постепенно снова увеличивается к концу серии. Субъективно, 4-й отрезок ощущался спортсменом как самый тяжелый. Однако, мобилизация функциональных резервов для приспособления организма к гипоксической и гиперкапнической работе позволила стабилизировать состояние спортсмена (рис. 4).

Рисунок 4 – Изменения парциальных давлений О2 и СО2 после каждого отрезка 50 м (в серии 8 х 50) при нырянии в ластах с задержкой дыхания у высококвалифицированного фридайвера

Потребление О2 и выделение CO2 возрастают до конца серии, но на последних 2-х отрезках эти показатели стабилизируются (рис. 5).

Рисунок 5 – Зависимость потребления кислорода и выделения углекислого газа в интервале отдыха между отрезками 50 м в серии 8х50 м при нырянии в ластах с задержкой дыхания у высококвалифицированного фридайвера

Таким образом, отдых между отрезками, равный 5 вдохам (19-23 сек.) является оптимальным для данного спортсмена. При слишком коротком интервале отдыха между отрезками, недостаточном для вымывания СО2 из организма, возможно развитие острого гиперкапнического состояния в организме спортсмена, которое обычно проявляется головными болями.

Результаты исследования показали, что непрерывное ныряние на небольшую для данного спортсмена дистанцию (50, 100, 150 м) не приводит к значительным сдвигам в организме. Ныряние на длинную дистанцию (200 м) приводит к развитию острого гипоксического и гиперкапнического состояния в организме спортсмена (РО2 – 65,9 мм рт ст, РСО2 – 45,2 мм рт ст). В подготовительном периоде ныряние непрерывным методом нецелесообразно, т.к. объем выполняемой работы ограничен из-за низкой скорости восстановительных процессов в организме спортсмена (восстановление потребления О2 и выделения СО2 после 25 минут так и не произошло). Соответственно, и общая нагрузка будет недостаточной, а психическая толерантность к высокому РСО2 будет вырабатываться медленно. Кроме того, в связи с опасностью развития гипоксической травмы (потери сознания) такое ныряние недопустимо проводить самостоятельно, а только со страхующим партнером. Это вводит дополнительные ограничения в применении метода непрерывного ныряния.

Ныряние интервальным методом на короткие дистанции также приводит к развитию гипоксического и гиперкапнического состояния в организме спортсмена. Но гипоксическое состояние не является острым (РО2 – 82,8 мм рт ст, а гиперкапническое по показателям близко к длинной дистанции (РСО2 – 42,2 мм рт ст) Следовательно, эта нагрузка преимущественно развивает устойчивость к гиперкапническому состоянию, что позволяет повысить порог психической переносимости дыхательного дискомфорта.

Выводы.

1) Упражнения, выполняемые непрерывным методом на небольшую для данного спортсмена дистанцию не приводят к значительным сдвигам в организме, а ныряние на предельную дистанцию вызывает развитие острого гипоксического и острого гиперкапнического состояния (РО2 - 65,9 мм рт ст, РСО2 - 45,2 мм рт ст). Ныряние интервальным методом на короткие дистанции приводит к развитию умеренного гипоксического и острого гиперкапнического состояния в организме спортсмена (РО2 - 82,8 мм рт ст, РСО2 42,2 мм рт ст).

2) Упражнения, выполняемые непрерывным методом, приводят к развитию более острого гипоксического состояния в организме фридайверов, чем упражнения, выполняемые интервальным методом. Гиперкапническое состояние в организме фридайверов развивается с одинаковой скоростью.

3) Упражнения, выполняемые непрерывным методом (ныряние на длинную дистанцию), приводят к развитию устойчивости и к гипоксическому, и к гиперкапническому состояниям в организме фридайверов. Упражнения, выполняемые интервальным методом (ныряние с задержкой дыхания на короткие дистанции с определенным интервалом отдыха) приводят к развитию устойчивости преимущественно к гиперкапническому состоянию в организме фридайверов.

4) Широкое применение интервального метода целесообразно в подготовительном периоде, а применение непрерывного метода (со страховкой) в соревновательном периоде.

Литература

1. И.С.Бреслав, А.Д.Ноздрачев. Дыхание. Висцеральный и поведенческий аспекты С.-П., «Наука», 2005. – 308 с.

2. Дмитрук А.И. Медицина глубоководных погружений. С.-П., 2004. – 288 с.

3. Молчанова Н.В. Сравнительный анализ показателей оксигенации крови фридайверов различной квалификации. Теория и практика прикладных и экстремальных видов спорта. Научно-методическое издание. - 2005. -№2 В журн. «Фактор риска». – 2005. - №2 (6). – С.15-16

4. Эль Ю.Ю., Дьяченко, Шулагин. Газообмен у человека при подводном плавании с задержкой дыхания. – Л.: Наука, 2010. – С. 1- 4