Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Особенности газообмена и энергетики мышечной деятельности у лиц разного соматотипа

российская академия медицинских наук сибирское отделен;®

институт физиологии

На правах рукописи УДК: [611.018.6+611.018.26]: [612. 015. 32: 612. 397]: [612. 223.11:612. 227.1]

шмерлинг Павел Михайлович

особенности газообмена и энергетики шеечной деятельности у лиц разного соматотипа

14.00.17 - нормальная физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Новосибирск - 1994

Работа выполнена в лаборатории функциональных резервов организма Института физиологии СО РАМН

Научный руководитель - д. м. н. С. Г. Кривощеков Официальные оппоненты: д. м. н. Г. Н. Окунева к. ы. н. О. В. Гришин

Ведущее учреждение - Институт физической культуры им.П.$^1ес-гафга, г. Санкт-Петербург.

Зашцта диссертации состоится "/5" и^е-к ^ 1994 г.

в " " час на заседании специализированного Совета К 001.14.01 по прриеуждению ученой степени кандидата наук в Институте физиологии СО РАМН (630Ш. г.Новосибирск, ул. Тимакова.4)

С диссертацией ьюгшо ознакомиться в библиотеке Института физиологии СО РАМН

Автореферат разослан "/¿>" ^шч 1994 г.

Ученый секретарь специализированного

Совета, к. б. н. А. Г. Елисеева

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

В исследованиях последних десятилетий показана целесообразности развития индивидуально-типологического подхода при оценке физиологических свойств и 'качеств организма (Клиорин,Чтецов, 1979; Щедрина и др., 1988; Gaal Д989; Frim е. а. ,1990 и др.).

Тип телосложения (соматотип), как вариант частной конституции человека, является "морфологическим носителей" функционалы;-.,:;', свойств организма, определяя типологический диапазон физиологичес ких характеристик (Никитюк, Чтецов. 1983). При проведении физиологических исследований, связанных с использованием физических нагрузок различной мощности и продолжительности все шире учитываются особенности компонентного состава тела, выраженность развития хиро: вой ткани и скелетной мускулатуры (Segal е.а.,1987; Minuk е.а., 1980; Layman, Boilesu, 1936 и др.).

В настоящее время вшвленн отдельные особенности функционального ответа сердечно-сосудистой и дыхательной систем, метаболических характеристик при физических нагрузках у лиц разного телосложения (Cureton е.а. ,1930, Hurewltz е.а. ,1987). Установлено, что метаболический ответ на физическую нагрузку определяется аэробными возможностями организма, обеспечиваоцими приемущестьенную утилизацию либо лирных кислот, либо глюкозы (Williams,1989). Тем не менее, в литературе отсутствует систематизированная характеристика энергетических процессов, происходящих при выполнении продолжительной мышечнсГ: работы в зоне аэробного порога у лиц разного типа телосложения. В ряде исследований обнаружены различия в вентиляторной чувствительности к С02 в зависимости от степени развития жировой ткани (Mlya-mura е.а.,1985, Nishibauashi е.а.,1987). Однако до конца неясно, чем обусловлены "конституциональные1" особенности гипергашическол чувствительности, вентиляторной и метаболической реакции нл физичо сую нагрузку у представителей разного типа телосложения. Открьг" вопрос о наличии и силе причинно-следственных связей в физиолог; ческой антропологии, другими словами; в кзкой мере и каким образов функциональные особенности, присуще определенным соматотип:^. опосредованы соматическими характеристиками, или же эти особенно;:.?;, работают только на ,^вне функциональных межсистемных связей, отражая тем самым тип конституции в широком смысле.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Цель настоящей работы заключается в выявлении у людей различного типа телосложения особенностей газообмена и энергетического метаболизма в покое и при мышечной работе.

- г -

Задачи работы:

1. Определить уровни физических нагрузок, соответствующие аэробному порогу у мужчин разного соматотипа.

2. Установить физиологическую стоимость продолжительной физической раСоты на уровне аэробного порога у лиц разного телосложения

3. Изучить особенности легочной вентиляции, газообмена и степени вовлеченности в метаболизм основных энергетических субстратов при длительных физических нагрузках а зоне аэробного порога в зависимости от соматотипа.

4., Выявить связь компонентного состава массы тела с вентиляторной реакцией на С02 и парциальным напряжением С02 в артериальной кров* и установить возможность реализации этой зависимости через особенности энергетического обеспечения мышечной работы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Установлена положительная зависимость ко;зду гиперкапнической чувствительностью .и относительным жировка кдалонентеш массы тела и 'отрицательная - с развитием скелетной мускулатуры у ыукнин с неуве-личенным лмроотлсйхением.

2. Выявлена связь парциального напряжения 'С02 вартеркализован-ной крови с компонентным составом иаасы тела: увеличение процента мышц в организме положительно, „ а увеличение процента жира отрицательно коррелирует с содержавшей углекислоты в крови.

3. Показано, что однотипные по физиологической стоимости нагрузки в зоне аэробного порога у соаатотипов с высокими значениями безжировой массы тела обеспечивается за счет более высокой утилизации углеводов и меньшей вовлеченности липидов, чем у соматотшгав с увеличенным жироотложением.

4. Экспериментально установлено, что величина несовпадения верхней границы зоны максимального устойчивого состояния с порогом анаэробного обмена у здоровых нетренированных мужчин зависит от типа телосложения, У лиц с развитым кировьм компонентом эта разница выше,чем у людей с низким содержанием гшровой ткани в организме.

. 5. Доказано, что различия в энергетическом обеспечении ыьшечной деятельности, уровне аэробного порога и содержании скелетной мускулатуры определяют неодинаковый уровень продукции COZ у разных сома-тотипов, влияя, таким образом, на гиперкачническую чувствительность и парциальное напряжение COZ в артериальной крови.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Выявленные особенности в энергетическом метаболизме при выполнении длительной физической нагрузки в зоне вентиляторного порога у представителей разного телосложения (способность нетренированных лиц с выраженной безжировой массой тела осуществлять работу на границе аэробно-анаэробного перехода, что является затруднительным для людей с развтым жировым компонентом) можно учитывать при разработке методик оздоровительных программ, а также при отборе в спорте.

Полученные в работе результаты, свидетельствующие о повышении гиперкапнической чувствительности с увеличением жирового компонента у лиц с нормальной массой тела представляется полезным учитывать при отборе и разработке рекомендаций в тех случаях, когда внешесре-довые факторы вызывают изменение вентиляторной реакции к С02. К таким факторам относится острое воздействие холода, _ высокогорная гипоксия с гипокапнией (альпинизм), работа в средствах индивидуальной защиты.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1.У соматотипов с. низким жироотложением, в отличие от более тучных суб'ектов, порог аэробного обмена, характеризующий аэробную зону жизнедеятельности, расположен выше при одинаковой физиологической стоимости работы.

2. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности в зоне максимального устойчивого состояния у лиц с выраженным безжировым компонентом идет практически исключительно за счет углеводов, тогда как у лиц с увеличенным £ жира сохраняется определенный вклад липи-дов в окислительные процессы.

3. Более высокий верхний уровень аэробной зоны жизнедеятельности, увеличенный вклад углеводов в энергетический метаболизм в покое и при физической нагрузке и больший удельный объем скелетной мускулатуры у лиц грудного и мускульного соматотипа приводит к по-' вишенной продукции углекислоты организмом по сравнению с представителями брюшного и мускудъно-брюшного телосложения.

4. У лиц с нлзким жироотложением более высокий уровень продукции углекислоты организмом привносит адаптирующий эффект на дыхательный центр, понижая его чувствительность к С02, приводит к снижению вентиляторной реакции на С02 и увеличению парциального напря-

жения С02 в артериальной крови в условиях покоя. При увеличении Z жировой ткани в организме повышается гиперкапническая чувствительность и снижается концентрация С02 в крови.

> АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ДИССЕРТАЦИИ Основные положения диссертации доложены на:

1. конференции молодых ученых СО АМН СССР "Молодые ученые медики - науке и практическому здравоохранению" , 1988.

2.конференции и научной шкоде молодых ученых-медиков и специалистов практического здравоохранения "Современные проблемы медицинской антропологии". Тюмень, 1990.

3.межреспубликанском симпозиуме "Проблема конституции в медицинской и спортивной антропологии", Гродно, 1990.

4.4-ом Всесоюзном симпозиуме "Конституция и здоровье человека", Ленинград, 1991.

5.Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальные и клинические аспекты медицинской и спортивной антропологии", Тернополь, 1991

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 работ. Из них пять в центральных журналах и одна за рубежом.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литераторы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, обсуждения результатов и выводов; содержит 7 таблиц и 7 рисунков. Список литературы включает 74 отечественных и 121 зарубежных источников.

Весь материал, представленный в диссертации, получен, обработан и проанализирован лично автором. В экспериментальных исследованиях по определению гиперкапнической чувствительности, содержания газов в крови совместно с автором принимали участие сотрудники лаборатории функциональных резервов организма ИФ СО РАМН. Содержание глюкозы, СЯК и Ь-липопротеидов в крови определялось в лаборатории биохимии ИКЕМ СО АМН СССР.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Всего обследовано 124 здоровье; мужчины, в возрасте 20-30 лет, проживающих в г. Новосибирске. В тесте с физической нагрузкой из них было задействовано' 67 человек: 62 не занимающихся спортом (дли-

на тела 173.8Ю.67 см, масса тела 72.6tl.37 кг) и б спортсменов-разрядников, специализировавшихся в циклических упражнениях на выносливость. В тесте с исследованием вентиляторной чувствительности к вдыхаемой углекислоте (гиперкапнический тест) приняло участие 30 испытуемых - неспортсменов (длина тела 174.6tl.ll см, масса тела 69.5H.17 кг). Анализ артериализированной крови на содержание кислорода, углекислоого газа и pH производился у 27 испытуемых (176.1± 1.14 см и 71.6t0.96 кг).

Спировелозргометрическое исследование. Тестирование осуществлялось на газоанализаторном комплексе EOS-Sprint фирмы ERICH JAEGER (ФРГ), оснащенном компьютером IBMPC/XT, программируемым электрическим велоэргометром "Heilige" и многоканальным кардиомонитором "Servomed". При газоакализе использовались датчики: инфракрасный двухлучевой (на С02), парамагнитный(на кислород).

Использовалась модифицированная нами нагрузочная методика К.Segal е.а. (1987). Испытуемым на велоэргометр^' давалась плав- ' но-возрастающая (от 0 по 10 Вт через 30 сек.) нагрузка до точки аэробного порога, после чего нагрузка стабилизировалась на подпорого-вом уровне и продолжалась 30 мин. Аэробный порог определялся индивидуально непосредственно в ходе эксперимента как мощность нагрузки, при которой нарушалась линейность связи выделение углекислоты - потребление кислорода. (Beaver е.а., 1986). Физиологический смысл аэробного порога заключается в том, что он является маркером, верхним пределом зоны максимального устойчивого состояния (l.ydiard, Gilmour, 1983), соответствующей максимально возможной мощности нагрузки, при которой еще возможно длительное поддержание стабильности физиологических характеристик.

В покое,при выполнении физического упражнения и восстановительном периоде каждые 30 с регистрировались: легочная вентиляция - VE (л/мин) (BTPS), потребление кислорода - V02 (л/мин, л/мин-кг) и выделение углекислого газа VC02 (л/мин) (STPD) ; коэффициент утилизации 02 в легких - F02 (%); концентрация С02 в конечной порции выды- ' хаемого воздуха - Pet С02 (мм рт.ст.); дыхательный коэффициент - R (ед); частота сердечных сокращений ЧСС за 1 мин. , частота дыхания - f (цикл/мин) и глубина вдоха - Vt (л), время восстановления потребления кислорода после нагрузки (мин). Рассчитывалось максимальное потребление кислорода - V02 max (мл/ мин-кг ).

Уровень пороговой нагрузки оценивался: а)по пороговой мощности

нагрузки- W/кг (Вт/кг); 0)потреблению кислорода при нагрузке к тощей массе тела V02/LBM, (мл/мин-кг); в)по числу метаболических единиц (отношение V02 на плато нагрузки к V02 покоя) - МЕТ, ед.

Уровень вклада.основных энергетических субстратов:углеводов и липидов в метаболизм рассчитывался в процентах по программе "Nutrition" метаболографа.

Забор венозной крови из локтевой вены производился натощак и в первые пять минут после прекращения нагрузки. Центрифугирована; осуществлялось при 3000 об/мин при 0°С. Содержание глюкозы в плазме определялось ортотолуидиновым методом, суммарной фракции липопроте-идов очень низкой и низкой плотности - ЛПОНП и ЛПНП (Ь - липопроте-иды) - по Бурштейну, свободных жирных кислот - СЖК по методу Duncombe (с медным реактивом).

Гиперкапнический тест.Вентиляторная реакция на гиперкапнический стимул определялась методом возвратного дыхания (Read,1967) на газоанализаторном комплексе EOS-SPRINT (ФРГ). В течение 3 минут испытуемые пациенты дышали атмосферным воздухом через загубник, после чего вдох и выдох осуществлялся в мешок, емкостью 5 л, заполненный газовой смесью,первоначально содержащей 5% С02 и 40% 02 . Определялась легочная вентиляция - VE (л/мин), и концентрация С02 в конечной порции выдыхаемого воздуха - Pet С02 (мм рт.ст), которая позволяла судить о парциальном напряжении С02 в артериальной крови. Проба прекращалась через 3-5 мин., после достижения Pet С02 значений 64.5 -71.0 мм рт.ст., что совпадало с началом нелинейного роста зависимости VE от Pet С02, обусловленного присоединением гипокси-ческой стимуляции. На участке линейного роста зависимости VE от Pet С02 , ограниченного точками Pet С02-пороговой и Pet С02-критичес-кой, вычислялось уравнение регрессии, причем S (S-slope-наклон линии)- коэффициент регрессии - характеризовал индивидуальную чувствительность к гиперкапнии, HCVR : VE= А + S • Pet COZ Измерение парциального напряжения газов крови. Анализ производился непосредственно после забора крови из разогретого предварительно пальца руки на микроанапизаторе BMS3 МК2 фирмы "Radiometr", Дания. Определялось парциальное напряжение углекислого газа,, кислорода (мм рт.ст.), а также рН крови.

Тип телосложения определялся по методике Чтецова (1978), компо-'нентный состав массы тела - жировая и мышечная масса (кг), а также

процентное содержание кира и скелетной мускулатуры - rio Mateigka.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По результата.-: нагрузочного тестирования в зависимости от типа телосложения испытуекые-неспортсмены были разделены на следующие группы: 1 группа- грудкой соматотип - 15 человек; 2 группа-мускульный -15; в 3 группу из мускульного типа отдельно выделились представители мускульно-бршного телосложения - 13 испытуемых; 4 группа - брштной тип - 12 человек; 5 группа - неопределенный тип - 7. По возрасту достоверные различия выявлены между четвертой и пятой группа,«;. Морфметрическиэ различия между группами носили достоверный ХйрЗКТбр. 1 ГРУППА, БМвСТе С минимальными рОСТО-ЕбСОЕьПу'К p-23f.*3-рам"..характеризуется наименьшим развитием кпролой ткани., наряду с высокой отнэсктелыюй массой скелетной мускулатур":!. 2 группу отличает такхг хорошее развитие шгочного компонента вместе с увеличе-

KiíGr/. раЗ)й?Р0Б xSXíi В Сравнекки С ГрУДКЫЫ ТИПОМ. 3 ГРУПП с: 0иЛаД5.9Т мзкск«аям«нми абсолютным*.: цифрами мызечной и ккревой массы тела, дjis: группы характерно высокое содержание жира в организме на фоне снижения обезжиренной мэсси. б группу отличают средние размеры тела г. умеренно? развитие кировой н мъплечкой ткани.

У грудного соматотипа уровень пороговой натрузга, выраженный в мл VOS к кящвй массе тела, была наибольший, а у мускульного - наименьший, р<0.05 (таблица 1),Пороговая нагрузка,. выраженная в Вт на кялограш массы тела» была минимальной у брюшного и мускульно-брш-ного типа. По числу МЕТ группы (за исключением неопределенного типа) не обнаружили достоверны?: различий между собой, несмотря на неодинаковые суммарные энерготраты и потребление кислорода. Это объясняется выравнивающим эффектом более высоких значений потребления кислорода в покое у грудного типа, имевшего максимальные удельные энерготраты при нагрузке. Физиологическая стоимость работы была одинаковой во всех группах,что подтверждается сходными значениями частоты сердечных сокращений при упражнении,скорости восстановления потреблений кислороде я частоты сердечных сокращений в реструциок-ный период. Понятие физиологической стоимости работы применяется для характеристики напряжения отдельных 'систем при мышечной деятельности к определяется по уровню, степени отклонения физиологических показателей от значений покоя (Словарь физиологических терминов, 1937).

I

со

I

Таблица 1 Показатели,характеризующие величину пороговой нагрузки,максимальную аэробную производительность и энергетическое обеспечение мышечной работы у обследованкных с разным компонентным составом массы тела.

гр. 1 : гр72 г р. 3 гр. 4 гр. 5 р - достоверность

грудной мускульный муск-брюш- брюшной неопреде- различий

п=15 п-15 ной, п=13 п=12 ленный,п=7

% Шра

10. 00±0. 44 12. 68*0. 63 18. 69*0. 63 19. 271.0. Об 13. ?5±0. 45"

% Мышц 48.15*0. 70

Мощность 119. 0*3. 88

нагрузки,

Мощность на- 2.01*0.06 грузки, Ег/кг

У02плато/тощая 32. б±1.07 масса, мл/(мин»кг) МЕТ, ед . 6.29*0.30

% У02гтах • 55. 4*1. 81

48. 49±0. 63 46. 49*0. 127. 7*3. 58 133. 5±4.

1.71 ±0.06 1.61 ±0.

28. НО. 90 30.9±1,

6.03±0.19 6.36*0; 55.941,58 60.9*1.

78 44. 30±1. 51 46. 20±1. 05 10 121.7*4. 74 122. 9*2.64

06 1.58±0.06 1.81Ю. 04

01 28.9±1. 24 30.1*1. 32

20 6.28*0. 37 5. 49*0. 36 68 57.5*1.91 48.7*2.17

У02шах, мл/мин кг 53. 4*2. 01 44.9±1.81 41. 5±1. 38 40. 7±1.31 53. 3±1. 02

Ь восст У02, мин 5.13*0.26 Е, ккал 233.3*9.64

Е/кг,ккал/кг КПД, X

3. 94*0.150 23. 92*0.59

, 4: 93*0.,23, 6.08±0, 248,6±9.82 282.348:

' 3. 32*0:136 3. 39*0.

24.4*0.52 22.3*0.

33 5. 46*0. 29 4. 79*0. 39 55 241. 7*12. 3 249. 843,67

106 3.14*0.146 3.69*. 090

45 24:26*0.57 .24. 2±0. 54

1-4*** 1-2*** 1-5***

2-3*** 1-3*** 2-4*** 4-5*** 3-5***

1-4* 2-4* 2-3* 1-3* 3-5*

1-3*** 1-2*** 1-4*** 1-5*** 4-5* 3-5* 1-4* 1-2**

3-5*

1-3*

2-5* 1-4***

4-5*** 1-3* 1-3*** 2

3-5** 1-3** 1'

4-5* 1-3* 3-5*

2-

3* 1-5* 5** 3-5*** 2*** 2-5** 5*** 1-3*** 3** 3-5* 3* 3-4***

2** 1-4***

3** 3-4**

По изучавшимся параметрам легочной вентиляции грудной тип имел наибольшие различия с другими группами, (рис.1). Его характеризовало более частое дыхание в покое, что сопровождалось уменьшением объема вдоха,снижением утилизации кислорода и конценртации конечно-экспираторного С02. Эти различия сохранялись при упражнении, однако существенно уменьшались к концу нагрузки. По показателям коэффициента утилизации кислорода и значениям конечно-экспираторного С02 при нагрузке грудной тип не отличался от остальных групп.

Значения потребления кислорода и объема легочной вентиляции при упражнении отражали мощность пороговых нагрузок, которая различалась во всех группах. Следует отметить, что по этим показателям практически не выявлено внутригрупповой динамики в начале и в конце плато нагрузки, хотя ряд авторов выявлял увеличение потребления кислорода в связи с переходом к концу упражнения на менее энергетически выгодный жировой обмен.

Мускульный и грудной соматотип по сравнению с представителями брюшного и мускульного-бршного телосложения характеризовались более высоким уровнем выделения С02 легкими (на кг массы тела) как в условиях покоя, так и при выполнении нагрузки (рис.2). Просматривалась четкая связь между возрастанием содержанием жира в организме и снижением выделения углекислоты от грудного к брюшному соматотипу.

Достоверные различия (р<0.01) в уровне выделения С02 в покое и при нагрузке получены при разделении испытуемых на две группы- с выраженной безжировой массой тела (грудной и мускульный тип) и с более высоким содержанием жира в организме (мускульно-брюшной и брюшной тип) (таблица 2).

По уровню дыхательного коэффициента в покое между группами не отмечалось существенных различий. Они появлялись только при выходе на плато нагрузки и сохранялись на всем протяжении упражнения (рис. 3). Можно заключить, что в группах с минимальным развитием жировой ткани и максимальным - мышечной вентиляторный порог находится на близком расстоянии от точки аэробно-анаэробного перехода или совпадает с ней. У мускульяо-брюшного и брюшного типов критическая точка. на шкаяе R, поело которой наступает неконтролируемый переход в анаэробную зону, находится достоверно ниже.

Известно, что при R=0.70 окисляются только жиры* а при R=1.0 происходит исключительно утилизация углеводов.

ж по

■по

100 ЯУ

70

а га

а« «

Р со

45 -

10

25

С 1

4

г5

го

МЕ ¡0

45 +0

10 %

&0 АО

3.0-

Г3" У

Рисунок 1. (А,Б,В,Г,Д,Е). Показатели функционального ответа кардио-респираторной системы на физическую нагрузку.

По оси ординат: А- частота сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин; Б- частота дыхашшСП, цикл/мин; В- потребление кислорода (У02/кг), мл /мин кг; Г- легочная вентиляция (УЕ), л/мин; Д- конечно -экспираторное (.ГС (Ре1С02). • Е-коэффициент утилизации кислорода в лег-

:"jx (F02) Д.

По оси абсцисс: 0 - показатели покоя; 1 - в начале плато нагрузки; 2-з конце плато; 3 - в реструционный период при зосстановлении V02 до исходного уровня покоя.

Линии с белыми квадратиками - грудной- тип, с белыми кружочками - мускульный, с черными квадратиками - мускульно-бркшшой, с черными кружочками - бршной тип.

Нагрузка на подпороговом уровне у грудного и мускульного типоь осуществлялась с. максималным углеводным обеспечением, тогда как у представителей мускульно-брюшного и брюшного телосложения, наряду с преимущественной утилизацией углеводов,сохранялось незначительное использование липидов в качестве субстрата окисления. В конце steady state нагрузки во всех группах закономерно увеличивалось окисление липидов, но з большей степени - з группах с повышенной жировой массой. Таким" образом, верхняя граница диапазона аэробных нагрузок и уровень максимального устойчивого"состояния на шкале дыхательного мозффициента У представителей брюшного и брюшко-мускульного сомато-типсв определяется на более низкой отметке. •

Несмотря на то,что не производилось определение артерио-веноз-ной разницы концентрации глюкозы ,СЖК и b-липопротеидов в крови, оттекающей от работающих мышц, сравнение значений указанных субстратов до и после нагрузки также позволила косвенно судить о'Степени метаболического сдвига.

В условиях покоя прослеживается тенденция роста концентрации СКК и b-липопротеидов соответственно увеличению внутригруппового показателя жировой массы (рис. 3), что согласуется с результатами других авторов (Gordon е.а.,1987). При анализе изменений данных показателей при упражнении мы учитывали, что ,с одной стороны, степень активации жирового обмена у здоровых лиц прямо пропорциональна концентрации липидов в крови (Gollnick,1985, Layman,1987), а с другой - что при длительных нагрузках содержание СКК прямо зависит от интенсивности упражнения (Ksnlnsky е.а.,1986). Наслоение этих влияний затруднило интерпретацию полученных данных: так у мускульного типа .имеющего исходные значения СЖК ниже, чем у мускульно -брюшного и брюшного типа, отмечался более высокий рост СЖК после упражне-

VC02

.покок

2

нагрузка

грудной мускульный муск-брюшноя брюшноя

Рисунок 2. Уровень продукции углекислоты в покое и при нагрузке у разных соыатотипов. Цифрами 1 и 2 обозначены показатели в начале и конце steady state нагрузки.

ния, видимо за счет большей мощности нагрузки. ( на килограмм массы тела). Вместе с тем,несмотря на влияние физического упражнения, грудной тип с максимальной нормированной на единицу массы тела мощностью нагрузки показал наименьшее увеличение СЖК.

Изменение содержания глюкозы в крови во всех группах было недостоверным, однако четко просматривается зависимость между величиной изменения данного показателя в группах, ранжированных по увеличению процента жировой ткани в организме. Если в 1 группе отмечалось уменьшение глюкозы крови после нагрузки, а во 2 группе динамики не было, то в 3 и 4 группах уровень глюкозы несколько возрастал: у мускульно-брюшного в минимальной степени, а у брюшного рост был более выраженным. По литературным данным (6о11тск, 1985), при длительных физических нагрузках умеренной мощности содержание

глюкозы крови изменяется незначительно и снижается только при достаточно интенсивных нагрузках в связи с прогрессирующим истощением гликогеновых депо печени и мышц (ИаЬг е.а.,1991). Выявленную тенденцию в данном случае можно связать с более активной утилизацией глюкозы у грудного и мускульного при мышечной работе, что подтверждается более высокими значениями дыхательного коэффициента и относительной мощности нагрузки. Необходимо отметить, что в 4 группе не было лиц с выраженным ожирением , для которых характерно нарушение жирового обмена и снижение способности утилизации липидов.

Таблица 2. Выделение С02 легкими в покое,при физической нагрузке у лиц с. развитым безжировым компонентом (грудной и мускульный тип - 1 группа) й . у представителей о выраженной жировой массой тела (мускулъно-брюшной й брюшной тип - 2 группа), М ± т

группа 1 группа 2 ■достоверность

п=30 п=25 различий

VC02 в покое ,мл/кг>ми* з.б ± 0.12 3.1 ± 0.09 pl-2<0.01

VC02 нагрузки1, мл/КГ-н^/26.4 ±0.78 22.9 ± 0.63 pl-2<0.01

VC02 нагрузки2, мл/кг'«^25.0 ±0.70 21.8 ± 0.60 pl-2<0.01

Примечание: нагрузка! обозначает состояние в начале steady state

упражнения, нагрузкай - в конце steady state.

Мы сочли возможным выделить анализ результатов-группы неопределенного типа от остальных соматических групп в связи тем, что возникновение неопределенного типа, по образному определению В.Ш. Белкина типа "ожиревшего астеника", связывают с проблемой гиподинамии и нерационального питания.

Несмотря на высокую пороговую мощность (на килограмм массы тела) граница вентиляторного порога по R (0.97 ± 0.02) у неопределенного с-оматотипа находилась ниже уровня грудного и мускульного типа и была минимальной по показателю % V02 шах (48.8 ± 2.17). По отрицательной динамике глюкозы крови и незначительному росту СЖК

Рисунок 3. (А.Б,В,Г,Д,Е). Метаболические сдвиги, характеризующие вовлеченность основных энергетических суОстрзтоь г-окислительны? процессы при длительных нагрузка): у разных соматотипов.

По оси ординат: А - дыхательный коэффициент (R); Б - удельный вклад углеводов (СНО)Д; В - удельный вклад липидов (FAT),/.; Г -глюкоза кровг. , ммоль/д; Л - b-липопротеиды (b-ЛП), г/л ; Е - свободные жирные кислоты (СЖК), ышль/л.

По оси абсцисс: О - показатели покоя; 1- в начале плато нагрузки; 2- в конце плато (для Г.Д..Е - в 1 минуту после упражнения).

Черные столбики - грудкой тип; столбики с наклонной штриховкой -мускульный ; белые столбики - мускульно-брюшной; столбики с горизонтальной штриховкой - брюшной тин.

этот тип приближался к грудному, но шел максимальный рост Ь-липоп-ротеидов. превысив значения данного показателя в группах с наибольшей жировой массой. Кроме того, неопределенный тип характеризовало!; быстрым переключением на жировой обмен в ходе.упражнения,- что сближало его с ыуокульно-бргашньш и брюшным типом.

Тага») образом, но отдельным физиологическим и биохимическим показателям неопределенный тип приближался к группа»; как с высоки»;.

так и с низким процентным содержанием жира.

Показатели в группе спортсменов следует рассматривать в качестве физиологического контроля "неспортивности" групп 1 и 2: пороговая мощность нагрузки (2.1В ± 0.12 Вт/кг)у спортсменов превышает аналогичные значения в других группах. Динамика R, СЖК, показателей утилизации углеводов и жиров при физическом упражнении в группе спортсменов подтверждает результаты других авторов,(Gollnick, 1985; Layman, 198V) показавших, что у тренирующихся на выносливость при нагрузках происходит быстрое переключение с энергетически выгодного, но ограниченного в ресурсах углеводного обмена на использование менее эффективных, зато практически не лимитированных запасов жира.

Тешим образом, у соматотштов, характеризующихся низким жироотложением, в отличие от более-тучных суб'ектов, порог аэробного обмена (уровень максимального устойчивого состояния) максимально приближен к порогу анаэробного перехода. Такое увеличение зоны аэробного обмена у лиц с выраженной тощей массой тела обеспечивается именно за счет возможности выполнять длительную нагрузку без накопления кислородного долга на минимальном расстоянии от анаэробного порога. При этом энергетическое обеспечение мышечной деятельности у них идет практически исключительно за счет углеводов, тогда как * у лиц с увеличенным X жира сохраняется определенный вклад липидов в окислительные процессы.

Данные корреляционного анализа выявили взаимосвязь компонентного состава массы тела - содержания мышц и жира в организме-с показателями внешнего дыхания - в покое и при выполнении нагрузки пороговой мощности, а также с биохимическими и метаболическими характеристиками. Покачано, что содержание мышц положительно,.а содержание жира отрицательно связано с уровнем С02-продукции организмом и значениями конечно-экспираторного С02 как в покое, так и при нагрузке. Ятя•зависимость реализуется через различия пороговой мощности нагрузок и особенности содержания липидных субстратов в крови в покое и при выполнении упражнения.

Многочисленные корреляционные взаимоотношения между величиной продукции 002, значением конечно-экспираторного содержания-С02 в условиях покоя с одной стороны, и морфологическими, функциональными, метаболическими характеристиками в покое и при нагрузке - с другой - позволяют говорить о конституциональном характере различий в уровне VfW? покоч у лиц, отличающихся по показателям жировой и

тощей массы-тела.

Выявленный более высокий уровень продукции углекислоты у лиц грудного и мускульного соматотипов в покое и при физической нагрузке определяется тремя основными причинами:

По нашим данным, аэробная зона жизнедеятельности, ограниченная снизу уровнем основного обмена и сверху - зоной максимального устойчивого состояния, шире у грудного и мускульного типов по сравнению с лицами брюшного и брюшно-мускульного Teil) лосдоженип. Поэтому выявленная нами более высокая продукция С02 у лиц с выраженным" безжировым компонентом при мышечной работе на уровне аэробного порога носит, очевидно, регулярный характер, связанный с объемом привычной физической активности. Это согласуется с данными Swaine и соавт. (1992), показавшими достоверную разницу по уровню аэробного порога для активных и неактивных субъектов.

Грудной и мускульный сомато'тип имели более высокие показатели относительной массы мышц, на которые при нагрузке приходится 80-85 % энерготрат, и в этих группах закономерно отмечалась большая (2) продукция С02 (на килограмм массы тела).

Кроме того известно, что у лиц с выраженным безжировым компонентом 1 г жира потребляет кислорода больше (и, соответственно, больше выделяет С02), чем у тучных (Halaren е.а., 1989).

Существует еще одна г- третья возможность объяснения большей С02 -продукции у лиц с высокой безжировой массой.

По'Нашим данным, у представителей грудного и мускульного типов в покое и при физической нагрузке отмечается более высокий вклад углеводов в окислительные процессы по сравнению с брюшным и брюшно-мускульным соматотипами. Исходя из химизма окисления основных энергетических субстратов:

жирная кислота

С16-Н32-02 + 23 02 —> 16 С02 + 16 Н20 углевод

С6-Н12-06 + 6 02 —> 6 С02 + 6 Н20

можно констатировать, что при одном и том же пот- ■ реблении кислорода, при углеводном обеспечении в кровь должно поступать значительно больше угле-(3) кислоты (на 44%).

Об этом также свидетельствует данные других исследователей ( Cog-gan, Coyle, 1988; Sue е.a. , 1989), обнаруживших, что в покое и .особенно, при физическом упражнении у лиц с большим вкладом угле-> водов в метаболизм (экзогенное поступление) величины VC02 значительно превышали аналогичные,, значения контрольной группы.

Известно, что факторы, которые устойчиво изменяют парциальное j напряжение С02 в артериальной крови (РаС02), способны в конечном | итоге влиять на вентиляторную чувствительность к С02 (Бреслав, Гле-- > бовский, 1981). Рядом исследователей содержание С02 в артериальной ] крови рассматривается наряду с показателем HCVR как критерий чувс- * твительности организма к углекислоте (Schaefег,1971; Бреслав Д971). i Но обычных условиях жизнедеятельности в основном физическая работа, 'j осуществляемая в диапазоне субмаксимальных нагрузок может приводить; | к повышению PetC02 и РаС02 (физиологическая гиперкапния) и, следо- J вательно, привносить тренирующий эффект на специфические хеморецеп- 5 торы (Lamarra е. а., 1989; Whlpp е. а. , 1989). На толерантность op- | ганизма к углекислоте при выполнении упражнений в субмаксимальном < режиме указывают Byrne-Quinn (1971), Moreira (1989). Было выявлено j (Whipp,1978; Flenley,1978; Wasserman, 1970), что объем легочной вентиляции при нагрузке коррелирует с выделением углекислоты легкими и содержанием С02 в венозной крови теснее,чем с потреблением кислорода и его концентрацией в артериальной крови. Поскольку объ- • емные значения легочной вентиляции есть функция дыхательного цент- • ра, то параметр VC02 можно рассматривать в качестве "его тренирующего фактора. В подтверждение вышесказанного, Lamarra (1989) напрямую обнаружил положительную связь между парциальным напряжением С02 в артериальной крови (одному из критериев чувствительности организма к СОЙ) и выделением углекислоты легкими.

Таким образом, выявленная " избыточная" регулярная С02-продук-ция у лиц мускульного и грудного типов, по сравнению с представителями более тучного телосложения, является тем фактором, который способен повысить порог чувствительности дыхательного центра к С02 (что будет выражаться снижением HCVR), и увеличить содержание угле-

кислоты в артериальной крови.

Наши экспериментальные данные подтверждают это предположение.

При математической обработке выявлена слабая, но достоверная положительная зависимость между содержанием С02 в артериализирован-ной кропи и X мышечной ткани в организме (0.41). Выявленная связь С02 арт.крови - Z жира имеет отрицательный знак.

Отсутствие других связей между физиологическими параметрами: рН, содержание 02 и морфологическими характеристиками (размеры тела длина и масса тела.Г свидетельствует о том, что именно соотношение жирового и мышечного компонента может оказывать влияние на содержание углекислоты в организме.

Регрессионный анализ позволил описать выявленную зависимость гиперкапнической чувствительности от % жира и % мышечной ткани в организме (рис.4). В обоих случаях уравнения и коэффициенты регрессии были значимыми.

Для % жира - (%Ж): S = 0.33S.+ 0,106 • %Ж (Р-критерий =0.02).

Для % МЫШЦ - (%М): S = 6.704 - 0.0CJ8 • 7М (Р-критерий =0.03).

Если суммировать полученные результаты, то можно говорить о выявленной взаимосвязи между вентиляторной реакцией на 00Г-: и особенностями компонентного состава массы тела. Таким образом, представляется, что на вентиляторную чувствительность к СОЯ метут оказывать влияние не только паттерн дыхания, но, вероятно,и в большей степени, особенности энергетического обеспечения мышечной деятельности, а также верхний порог а-фобной аоны (по шкале RQ).

Emirgil, Sobol (1973), Heaver- е.a. (itíHñ) указывали на существование определенной взаимосвязи между вентиляторной реакцией на изменение концентрации 00.'-' и ОУ. в артериальной крови и особенностями телосложения, в частности, с развитием жирового компонента. Однако, результаты исследований о связи вентиляторной реакции на СОИ с развитием жировой ткани носят противоречивый характер. Так,при дыхании смесью воздуха с 7% <'0У. у тучных лиц выявили сниженную чувствительность к СОУ. ■ (Нанратил и др., 1 Ув7). Данные других исследователей свидетельствует, напротив, о повышении вентиляторного ответа на гиперкапнию у тучных (Nishíbauashj е.a., 1W; Miyamura е.а. ,1985; И др.). •

Отличительной особенностью настоящего исчдолокания следует очи-

тать нахождение зависимости между вентиляторной гиперкапническои чувствительностью (HCVR) и развитием жировой ткани у лиц с нормальной массой тела ( и неувеличенным кироотложением). В предыдущих работах наличие данной связи было показало для лиц с излишней массой .тара (Emireil, Sobol, 1973; Nishihsuashi е.а.,1087).

Вторым ватаым моментом, который Бытекает работы, следует считать выявление определенного влияния на вентиляторную реакцию к С02 развития скелетной мускулатуры (именно относительных, а не абсолютных величин).

Говоря о механизмах, через которые реализуется связь вентиляторной реакции на С02 с развитием жирового компонента Emlrgí1, Sobol (.1973) полагают, что в основе повышения .вентиляторного ответа на С02 у тучных лежит'ограничение свободной экскурсии грудной стенки и диафрагмы, создаваемое иирово^ прослойкой. По их мнению, pear лииация этого эффекта связана не только с увеличением вентиляторной реакции на COS. Показано, что кислородная цена дыхания растет диспропорционально увеличению вентиляции.Таким образом, у ожиревших лиц увеличение потребления 02 в ответ на гмперкалническую стимуляцию происходит из-за дополнительных знегретических затрат на работу дыхательной мускулатуры » проявляется более выраженным ростом легочной вентиляции.

J. 1 I_L.

■f¿ iS

Рисунок А. (А,В) Взаимосвязь между гиперкапнической чувствительностью, 3 (л/мин«мм рт.с.т) с относительной массой мышц, (%) - А и жира (X) - В. Наклонные линии описываются соответствующими уравнениями линейной регрессии.

Поскольку испытуемые в нашем исследовании не имели излишнего развития жировой ткани, • то говорить об ограничительной функции жировой прослойки на дыхательные движения было бы неправомерно. Кроме того, нельзя с -этих позиций объяснить влияние относительного развития скелетной мускулатуры на HCVR. В работе М.Шуашга е.а., (1985) было выявлено снижение вентиляторной реакции на С02 у худых людей по сравнению с лицами нормального и тучного телосложения (которые не отличались по этому показателю между собой). Однако авторы имели затруднения в объяснении полученных результатов. Мы полагаем, что связь вентиляторной чувствительности к СОЙ с особенностями морфологического статуса может реализовываться -через различия в интенсивности метаболизма и степени вовлеченности окисляемых субстратов при мышечной деятельности.

У лиц с низким жироотложением■более высокий уровень аэробного порога, больший удельный объем скелетной мускулатуры, а также увеличенный выход С02 при окислении углеводов, затрачиваемых на одно н то же количество образующейся энергии по сравнению с утилизацией липидов, обуславливают повышенные значения выделения СОЙ легкими. Более высокий уровень продукции углекислоты организмом привноси? адаптирующий эффект на дыхательный центр, понижая его чувствительность к С02, приводит к снижению вентиляторной реакции на гипоркзк-нический стимул и увеличению РаС02 . Это подтверждается уст?ч«чу!»и-ной взаимосвязью между вентиляторной реакцией на гиперкзлничо'-кт': стимул и парциальным напряжением С02 в крови с развитием мышечнок и жировой ткани организма у лиц с нормальной массой тела, но pawri-ащихся по выраженности развития мышечного и жирового компонента.

В Ы В о Д Ы .

1. У людей с увеличенным содержанием жировой ткани вентиляторная чувствительность к С02 выше,чем у лиц с преобладанием мышечного компонента.

2. Выявлена зависимость между развитием мышечной и жировой ткани V. парциальным напряжением С02 в артериализированной крови в .покое. Относительная масса мышц в организме находится в прямоиГ а процентное содержание жировой - в обратной связи со значениями РаСГС;.

-3. При мышечной работе на уровне аэробного порога при одинаковой физиологической стоимости упражнения у лиц с повышенным содер-

жаниеМ жировой ткани отмечается более активная утилизация липидов, тогда как у лиц с выраженной безжировой массой тела преобладает использование углеводов как энергетического субстрата. Относительное превалирование вклада углеводов в метаболизм приводит к более высокому уровню продукции углекислоты у особей с развитой мускулатурой.

4. Физическая работа в зоне аэробного порога у лиц с развитым-мышечным компонентом сопровождается большей продукцией С02 по сравнению с тучными индивидами, что объясняется более низким уровнем аэробного порога у последних.

5. Различия в вентиляторной чувствительности к COZ и содержании« С02 в крови у разных соматотипов реализуются через особенности гаэ-ч зобмена и энергетического обеспечения мышечной деятельности, \oöyä£H лавливашие различия в уровне С02-продукции.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Кривощеков <".!'.. ¡Чмйрлинг n.M., Татауров Ю.А. Изменение чувс- ■ тиительности д|ссыльного нянтра на гиперкапническйй стимул при адаптация '«tfoíw» к холоду и рмсокогоркой• гипоксии. // Мат. конф.: Влияние солнечней яктир-ности. климата и погоды на здоровье человека и вопросы м':'т(хтрг\г'ил''кттта. Кааань,198й. T.I. С.63-84.

í-f.ít.M. Шм^рлин!', г.м. Домахина. С.Г.Кривощеков Оценка фуккцког нального состояния оплечно-сосудистой системы у "работников вахтового труда. // 1'иг. и Сан. HJ89 N.4. С. 90-92.

3. Кривощеков о л*.. Шмерлинг П.М,, Пичкуров A.M., Татауров Ю.А. Динчмик.ч чненг."]ч1>!нских характеристик организма при трансмеридиан-' m« перемещениях человека.-// Мз. ч е л. 1 «89.т. 15 И.6. С.56-61.

4.Шмерлинг и.м. Особенности энергетических характеристик у лиц различного соматического статуса: направления исследования. // В сб. Молодые ученые-медики - науке и практическому здравоохранении./ под ред. В.А.ТруФакина. Новосибирск,1989. С.65-66

fi.Шмсрлинг П.М. .Татауров Ю.А. О связи чувствительности дыхательного центра с конституциональньмы соматическими характеристиками у человека.// Материалы конф.Медико-биологические и социально-'педа-гогические проблем массовой физической культуры. Новосибирск, 1989. С.19-20.

б.Шмерлинг П.М. Особенности энергетики мышечной работы у людей разных соматотипов.// Новости спортивной и медицинской антрополо-

гии: научно-информационный сборник./ под ред Б.А.Никитюка. М: 1990. С.165-166.

7.Шмерлинг II.М. Особенности энергетического обеспечения мышечной деятельности у разных соматотипов.// В сбСовременные проблемы медицинской антропологии/ под ред. А.И.Козлова. Тюмень,1990. С.11-17.

а.Шмерлинг П.М. .Кривощеков С.Г. Вентиляторный ответ на гилеркап-ническую стимуляцию у лиц различного соматического статуса.// Фиа. кур. СССР им. Сеченова. 1990. Т.76. N.8. С. 1051- 1067.

9.Шмерлинг п.М., Пичкуров A.M. Взаимоотношения между концентрацией газов крови и компонентным составом массы тела у мужчин //В сб."Конституция и здоровье чел.". Тез.докл Л.,1991. С.72-73.

Ю.Шм&рлинг П.М. 06 определенности неопределенного соматотипа. / /В сб."Эксрер.и клин.аспекты мед.антропол." Тез.докл. Тернополь.1991.

И.В&ерлиаг I1.M., Кривошею» С Л'. Особенности энергетического обеспечения мышечной деятельности у разных соматотипов. // Физи-ол.жур. СССР мм.Сеченова. 1992. Т.78. N.1. П.90-99.

12. Шмерлинг П.М.,' Кривощеков С.Г. Пичкуроз A.M., Татауров Ю.А. Влияние особенностей энергетического обеспечения мышечной деятельности на механизмы контроля.паттерна дыхания у представителей разных соматотипов. //Вюлл. СО РАМН. 1992. N.1. С.55-66.

13. Krivoschekov S.G. Shmerling P.M. Tataurov Y.A. Pichcurov A.M.. Inf luence of cold adaptation arid Phase Shift of circadian rhythm on respiratory center serisitivityMn man.//8th International Congress of Oircianpolar Health. Ahstr.. USA. Yukon 1990. P. 60.

Зак. I .Тир Л Э D. Яеч. л. 1,5 .Бум .o?c.

Тип .GO A.Ci г.Новосибирск 1994.