Введение к работе
Актуальность исследования. Поддержание газового гомеостаза является важнейшим фактором обеспечения жизнедеятельности человека. Данную функцию выполняет кардиореспираторная система, неотъемлемым звеном которой является аппарат дыхания. Помимо спонтанного дыхания (автономная регуляция), он участвует и в осуществлении некоторых произвольных функций (речевая, познотониче- ская). При автономной системе регуляции центральное звено - дыхательный центр - обеспечивает оптимальный объем вентиляции в соответствии с химизмом внутренней среды организма (информация от хеморецепторов) и энергетически оптимальный паттерн дыхания в соответствии с энергозатратами (информация от меха- норецепторов) (Сергиевский, 1950; Сафонов и др., 1980; Бреслав, Глебовский, 1981; Исаев, 1990; Бреслав, Пятин, 1994; Шик, 1994; Пятин, Никитин, 1998; Сафонов, Миняев, Полунин, 2000; Бреслав, Ноздрачев, 2005; Меркулова и др., 2007). Система произвольного управления дыхательными движениями включает в себя в качестве центрального звена супрабульбарные отделы мозга и прежде всего двигательную зону коры больших полушарий, которая получает информацию от про- приоцепторов и экстероцепторов. При волевом изменении спонтанного паттерна дыхания, при повышении интенсивности стимулов от хеморецепторов механизмы произвольного управления и автоматической регуляции дыхания могут вступать в конкурентные отношения (Halttunen, 1974; Бреслав, 1975; Миняев, 1978; 1994; Gandevia, Rothwell 1987; Maskill et al., 1991; Солопов, 1998; Сафонов, Миняев, Полунин, 2000; Isaev et al., 2002; Меркулова и др., 2007; Minyaeva, 2007, 2008; Minyaeva et al., 2008; Миняева и др., 2011б).
Спонтанное и произвольное дыхание осуществляется путем сокращений основных дыхательных (диафрагмы, межреберных) и вспомогательных (брюшных, грудных) дыхательных мышц, различающихся морфологически, функционально и регуляторно (см. обзор: Исаев, 1994). В связи с этим условно выделяют торакальный (грудной) и абдоминальный (брюшной, диафрагмальный) компоненты системы дыхания (McKonno,Mead J.,1967; Миняев и др., 1993; Дьяченко, Миняев, Миняева, 2007; Баранов и др., 2011; Миняева и др., 2011б). Термин "торакальный (или
\ Ii
грудной) компонент" понимается как часть системы дыхания, осуществляющая колебания объема легких при дыхательных движениях за счет расширения грудной клетки. "Абдоминальный (или брюшной) компонент" - это часть аппарата дыхания, осуществляющая изменения объема легких за счет смещения границы между грудной и брюшной полостью (Миняев и др., 1993). Соотношение этих условно выделяемых торакального и абдоминального компонентов системы дыхания зависит от многих факторов - положения тела в пространстве (Миняев, Миняева, 1998; Александрова, Донина и др., 2008; Миняева и др., 2011а, б; Донина, 2011), физической нагрузки, (Миняев и др., 1993 и др.), произвольного изменения дыхательного паттерна (Миняев, Давыдов, 2000; Миняев, Саакян, 2003; Миняев, Петушков, 2005; Minyaeva, 2007; Баранов и др., 2011) и других.
Принято считать, что соотношение торакальных и абдоминальных составляющих функциональной жизненной емкости легких, а также роль грудного и брюшного компонентов системы дыхания в осуществлении вентиляции легких у мужчин и женщин различны. Однако это бытующее положение до сих пор не подтверждено экспериментально.
Попытка восполнить этот пробел и получить актуальные для экспериментальной, прикладной физиологии и клиники результаты послужила предпосылкой для организации настоящего исследования.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение половых особенностей регуляции спонтанного и произвольного дыхания, обусловленных положением тела в пространстве, при специфических (хеморецепторных) возмущениях.
Перед исследованием были поставлены задачи - изучить в сравнительном аспекте у мужчин и женщин в вертикальном (стоя) и горизонтальном (лежа на спине) положениях тела
-
объемную стоимость грудных и брюшных дыхательных экскурсий;
-
соотношения торакального и абдоминального вкладов в функциональную жизненную емкость легких и составляющие её объемы;
-
торакальные и абдоминальные вклады в объемные и скоростные параметры вентиляции легких при спонтанном и произвольном дыхании воздухом и в условиях прогрессирующей гиперкапнии;
-
соотношения показателей точности торакальных и абдоминальных дыхательных движений при воспроизведении заданного дыхательного объема без использования внешней обратной связи в условиях дыхания воздухом и при прогрессирующей гиперкапнии.
Научная новизна полученных данных. Впервые у мужчин и женщин дана сравнительная характеристика объемной стоимости грудных и брюшных дыхательных экскурсий, определены соотношения торакального и абдоминального вкладов в функциональную жизненную емкость легких и составляющие ее объемы, а также торакальных и абдоминальных вкладов в объемные и скоростные параметры спонтанной и произвольной вентиляции легких при дыхании воздухом и в условиях прогрессирующей гиперкапнии - в различных положениях тела в пространстве.
Получены новые данные, устанавливающие, что у женщин, в отличие от мужчин, величина брюшных экскурсий значительно меньше, а их объемная стоимость в два раза больше, чем грудных. В результате соотношения торакальных и абдоминальных вкладов в функциональную жизненную емкость и составляющие ее объемы у мужчин и женщин существенно не различаются. При спонтанном дыхании в положении стоя у женщин, как и у мужчин, вентиляция легких практически в равной степени обеспечивается торакальным и абдоминальным вкладами в дыхательный объем, при некотором преобладании абдоминального у женщин. В положении лежа у мужчин и женщин в формировании объема вентиляции легких преобладает абдоминальный вклад. Выявлено, что вентиляторная реакция на прогрессирующую гиперкапнию у мужчин и женщин при спонтанном дыхании и при произвольном управлении дыхательными движениями осуществляется при сохранении исходных (характерных для каждого положения тела) соотношений торакальных и абдоминальных вкладов в объемные и скоростные параметры дыхания. Отмечено, что постуральные различия соотношений торакальных и абдоминальных составляющих параметров вентиляции легких у женщин менее выражены; женщины с более высокой точностью произвольно управляют дыхательными движениями, особенно в условиях прогрессирующей гиперкапнии.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. В положении стоя у мужчин и женщин грудные дыхательные экскурсии больше брюшных: у мужчин - при одинаковой объемной стоимости экскурсий, у женщин - при меньшей объемной стоимости грудных. В положении лежа у мужчин грудные экскурсии существенно меньше при большей объемной стоимости брюшных экскурсий; у женщин посту- ральные влияния на величину дыхательных экскурсий и их объемную стоимость менее выражены.
-
-
В положении стоя у мужчин и женщин соотношения торакальных и абдоминальных составляющих функциональной жизненной емкости легких не различаются при преобладании торакальной составляющей. В положении лежа у мужчин соотношение торакального и абдоминального вкладов в жизненную емкость уравниваются, у женщин преобладание торакального вклада сохраняется.
-
При спонтанном дыхании воздухом в положении стоя торакальная и абдоминальная составляющие дыхательного объема у мужчин равнозначны, у женщин несколько преобладает абдоминальная. В положении лежа у всех испытуемых преобладает абдоминальная составляющая. В условиях прогрессирующей гиперкап- нии у мужчин и женщин объем вентиляции легких увеличивается при сохранении исходных соотношений торакальных и абдоминальных вкладов, характерных для каждого положения тела.
-
У всех испытуемых в положениях стоя и лежа в процессе произвольного управления дыхательными движениями без зрительного контроля прогрессирующая гиперкапния сопровождается существенным увеличением ошибки с преувеличением заданного дыхательного объема, менее выраженным у женщин. При этом точность воспроизведения заданных дыхательных объемов и способность к сдерживанию объема вентиляции легких относительно спонтанного гиперпноэ в этих условиях выше у женщин.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные вносят определенный вклад в физиологию дыхания. Выявленные особенности соотношений торакальных и абдоминальных составляющих параметров вентиляции легких в условиях специфических (хеморецепторная стимуляция) и неспецифических (постуральные воздействия) возмущений при спонтанном дыхании и произвольном управлении дыхательными движениями способствуют лучшему пониманию взаимоотношений механизмов произвольного управления дыхательными движениями и автономной регуляции дыхания, а также определению половых особенностей этих взаимоотношений.
Метод и полученные результаты используются в учебном процессе на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Тверского государственного университета в курсе лекций, большом практикуме и спецпрактикуме по физиологии дыхания, а также при подготовке курсовых и дипломных работ студентов. Результаты исследований могут быть использованы в фундаментальной, прикладной физиологии, физиологии экстремальных состояний, клинической физиологии и медицине при разработке, обосновании и совершенствовании методов диагностики, лечения респираторных заболеваний, реабилитации дыхательного аппарата.
Метод, результаты исследования использованы при обосновании и разработке программы и методических подходов в проекте «Исследования механизмов регуляции спонтанного и произвольного дыхания» в рамках АЦП Министерства образования и науки РФ «Совершенствование научного потенциала Высшей школы РФ».
Соответствие диссертации Паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует пунктам 1 (Изучение закономерностей и механизмов поддержания постоянства внутренней среды организма), 3 (Исследование закономерностей функционирования основных систем организма) паспорта специальности 03.03.01 - «Физиология» (биологические науки).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Научной конференции студентов и аспирантов биологического факультета Тверского государственного университета (Тверь, 2007); на V Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения академика Черниговского «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2007); на XI Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2008); на Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008», «Ло- моносов-2009» (Москва, 2008, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает: введение, 6 глав, выводы, список литературы. Работа изложена на 125 страницах, документирована таблицами (39) и иллюстрирована рисунками (19). Список литературы включает 92 отечественных и 57 зарубежных работ.
Похожие диссертации на Половые особенности реакций спонтанного и произвольного дыхания на гиперкапнию и постуральные воздействия
-
