ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 6, с. 114-122
УДК 612.821
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ РАЗНЫХ ГРУПП ИНСПИРАТОРНЫХ МЫШЦ К УТОМЛЕНИЮ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ НА ФОНЕ МОДЕЛИРУЕМОЙ ОБСТРУКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ
© 2014 г. М. О. Сегизбаева, Н. П. Александрова
ФГБУНИнститут физиологии им. И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербург E-mail: marina@infran.ru Поступила в редакцию 01.03.2014 г.
Проведение спектрального анализа электромиограммы (ЭМГ) разных групп дыхательных мышц показало, что после выполнения мышечной работы в сочетании с добавочным сопротивлением дыханию одновременно со снижением максимального инспираторного давления (MIP) наблюдается сдвиг центроидной частоты ЭМГ парастернальных, лестничных и грудино-ключично-сосцевидных мышц в низкую часть спектра. Изменений в спектре ЭМГ диафрагмы не отмечается. Таким образом, снижение общего силового резерва дыхательных мышц, наблюдаемое после усиленной нагрузки на дыхательную систему, обусловлено ухудшением функционального состояния не диафрагмы, а торакальных и вспомогательных инспираторных мышц. Диафрагма более устойчива к утомлению. Полученные данные позволяют предположить, что снижение максимального инспираторного давления при хронических обструктивных болезнях легких также вызвано прежде всего ослаблением вспомогательной мускулатуры, тогда как слабость диафрагмы может развиваться на более поздних стадиях заболевания. Функциональная недостаточность вспомогательных мышц может являться дополнительным фактором, который, наряду с добавочным сопротивлением дыханию, увеличивает нагрузку на диафрагму, способствуя развитию ее утомления и снижению резервов дыхательной системы.
Ключевые слова: инспираторные мышцы, добавочное сопротивление, электромиография, утомление, мышечная нагрузка.
Б01: 10.7868/80131164614050130
Современными исследованиями установлено, что существенная роль в генезе вентиляционных расстройств у больных хронической обструктив-ной болезнью легких (ХОБЛ) принадлежит не только внутрилегочным механизмам, но и дисфункции дыхательных мышц [1—3]. Известно, что при ХОБЛ значительно увеличивается нагрузка на моторный аппарат респираторной системы вследствие роста бронхиального сопротивления. Для того, чтобы компенсировать увеличенную нагрузку и сохранить адекватный уровень минутной вентиляции легких, инспираторные мышцы вынуждены развивать большее усилие для создания соответствующего отрицательного давления в грудной полости. При этом в процесс легочной вентиляции вовлекаются разные группы мышц, расположенные в области грудной клетки, живота, шеи, гортани и глотки [4, 5]. Четко координированные сокращения этих групп дыхательных мышц обеспечивают адаптивные перестройки паттерна дыхания, необходимые для поддержания должных уровней легочной венти-
ляции. Однако длительно действующая повышенная резистивная нагрузка на систему дыхания может способствовать ухудшению сократительной способности дыхательных мышц и приводить к развитию их утомления, в результате чего возможно снижение эффективности вентиляции легких и возникновение симптомов дыхательной недостаточности, сопровождающихся нарушениями газового состава крови [6, 7]. Установлено, что утомление дыхательных мышц может развиваться у здоровых людей при сочетании добавочного сопротивления дыханию с мышечной работой [8, 9]. В том случае, когда действие добавочного сопротивления сочетается с выполнением физической работы, резко повышаются вентиляторные потребности организма и нагрузка на дыхательные мышцы возрастает многократно. Это может неблагоприятно отразиться на их функциональном состоянии, способствовать снижению резервных возможностей и приводить к постепенному развитию утомления дыхательной мускулатуры. Цель настоящей работы — оце-
нить функциональное состояние инспираторных мышц при сочетании добавочного сопротивления дыханию и мышечной нагрузки, а также провести сравнительную оценку устойчивости различных групп инспираторных мышц человека к утомлению.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 8 испытуемых (3 юноши и 5 девушек). Все испытуемые были осмотрены врачом-пульмонологом, не имели в анамнезе бронхо-легочных, сердечно-сосудистых и нейро-мышечных заболеваний и не были подвержены острым респираторным вирусным инфекциям в течение предшествующих 2 месяцев. Все обследуемые были подробно проинформированы о применяемых методиках, последовательности проведения исследований и дали письменное согласие на участие в них. Эксперименты проводили в соответствии с принципами Хельсинкской Декларации о проведении исследований с участием человека и с соблюдением основных норм и правил биомедицинской этики. Все испытуемые были одного возраста, имели сходные антропометрические данные и соответствующие росту и весу спирометрические показатели, а также примерно одинаковый уровень физической подготовленности.
Регистрация объемно-временных параметров дыхания осуществлялась пневмотахографиче-ским методом. В ходе исследования испытуемые дышали через дыхательную маску (Hans Rudolph, USA), соединенную с пластиковой клапанной коробкой, разделяющей инспираторный и экспираторный контуры. К инспираторному каналу подключалась трубка Флейша (N 5) и миниатюрный пневмотахограф (ГУАП, Санкт-Петербург). По кривой пневмотахограммы определяли скорость инспираторного потока (VI), частоту дыхания f), длительность инспираторной (T}) и экспираторной (TE) фаз дыхательного цикла, длительность всего дыхательного цикла (TT), а также рассчитывали величину "полезного цикла" — TI/TT. Интеграция пневмотахограммы позволяла получить величины дыхательного объема (VT). Вычисляли величину минутной вентиляции легких (VE) как произведение величины дыхательного объема и количества дыхательных движений за одну минуту. Внутримасочное пространство посредством специального патрубка соединялось с преобразователем давления (ГУАП, Санкт-Петербург), что позволяло производить непрерывную регистрацию перепадов инспираторного внутримасочно-го (ротового) давления. В качестве функциональной пробы, позволяющей оценить силовые резервные возможности дыхательных мышц, использовался маневр Мюллера. Испытуемые при перекрытых воздухоносных путях выполняли
максимальное инспираторное усилие от уровня функциональной остаточной емкости [10]. Измерение максимального инспираторного давления (MIP) производили с помощью портативного прибора PowerBreathe KH1 (PowerBreathe, UK). Величины MIP определяли после тщательного инструктирования и обучения испытуемого и после 5—8 ознакомительных попыток воспроизведения инспираторного маневра. Измерения производили не менее 5 раз с перерывами в 1 мин, в расчет принимали максимальное из достигнутых величин MIP.
Регистрацию электрической активности диафрагмы, парастернальной, грудино-ключично-сосцевидной и лестничной мышц проводили с помощью поверхностных кардиографических электродов (ARBO, Германия). Для регистрации электрической активности диафрагмы электроды устанавливали в 8 и 9 межреберьях справа по ходу передней подмышечной линии. Электрическая активность парастернальных мышц регистрировалась с помощью пары электродов, расположенной во 2-м межреберье справа на расстоянии 2—3 см от края грудины. Для регистрации активности грудино-ключично-сосцевидной и лестничной мышц электроды накладывались последовательно по ходу расположения волокон мышцы на расстоянии 1 см друг от друга. Электрические сигналы усиливались с помощью усилителя биопотенциалов с полосой пропускания от 10 до 1000 Гц (ГУАП, Санкт-Петербург). Усиленные сигналы с электромиографического усилителя подавались через аналогово-цифровой преобразователь и записывались на жестком диске компьютера с частотой дискретизации 1000 Гц для последующего аLнализа.
Для сравнения устойчивости к утомлению различных инспираторных мышц использовался метод спектрального анализа электромиограммы (ЭМГ). Этот метод позволяет определить силу электрического сигнала как функцию от его частотного компонента [11] и дает возможность выявить тонкие изменения в функциональном состоянии мышцы. Для обработки ЭМГ выделялся участок нативной записи, который экспортировался в текстовый файл. После этого текстовый файл обрабатывали с помощью специальной программы, позволяющей разложить оцифрованный сигнал в дискретный ряд Фурье, а затем вычислить мощность спектральной плотности. Для того, чтобы проследить частотный сдвиг спектра ЭМГ, рассчитывалась центроидная частота (fc). Центроидная частота является наиболее стабильным параметром, используемым при анализе спектра электрической активности мышц [12]. Смещение центроидной частоты в ту или другую сторону отражает изменение относительного вклада низко- и высокочастотной компоненты в данную полосу спектра. Изменение частотного
Таблица 1. Средние значения объемно-временных параметров дыхания при выполнении мышечной нагрузки в условиях свободного дыхания (п = 8)
Параметры Фон Мышечная работа Восстановление
1 мин 2 мин 3 мин 4 мин 5 мин 1 мин 2 мин
Ti, с 1.36 ± 0.33 1.30 ± 0.22 1.19 ± 0.19 1.28 ± 0.27 1.40 ± 0.26 1.29 ± 0.17 1.26 ± 0.20 1.39 ± 0.25
Te, с 2.36 ± 0.36 1.80 ± 0.31 1.57 ± 0.29 1.74 ± 0.30 1.69 ± 0.22 1.59 ± 0.21 1.88 ± 0.27 2.07 ± 0.30
Тт, с 3.72 ± 0.44 3.10 ± 0.40 2.76 ± 0.31 3.02 ± 0.22 3.10 ± 0.19 2.88 ± 0.18 3.14 ± 0.23 3.46 ± 0.28
f, цикл/мин 16.66 ± 1.94 19.59 ± 2.20 21.75 ± 2.4 20.37 ± 2.9 19.79 ± 2.20 21.92 ± 2.94 19.78 ± 1.91 17.62 ± 1.84
Vt, л 0.53 ± 0.11 0.82 ± 0.18 1.21 ± 0.28 1.46 ± 0.30 1.56 ± 0.33 1.44 ± 0.25 1.19 ± 0.11 1.02 ± 0.08
VE, л/мин 8.71 ± 0.63 16.13 ± 1.20 26.56 ± 1.42 29.33 ± 1.51 30.43 ± 1.48 30.50 ± 1.52 23.64 ± 1.30 18.10 ± 1.12
Ti/Tt 0.40 ± 0.02 0.42 ± 0.02 0.43 ± 0.01 0.43 ± 0.02 0.45 ± 0.01 0.44 ± 0.01 0.40 ± 0.02 0.40 ± 0.02
PmI, см вод. ст. 2.25 ± 0.10 3.00 ± 0.20 4.00 ± 0.16 5.00 ± 0.14 4.75 ± 0.18 5.25 ± 0.22 4.00 ± 0.19 3.25 ± 0.15
состава ЭМГ, с перераспределением мощности от более высоких к более низким частотам, используется в качестве критерия ухудшения функционального состояния дыхательных мышц, предшествующего развитию их утомления [13].
Каждое исследование проводилось в два этапа. В первой
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.