Уровень СО2 и различные режимы вентиляции легких в йоге

В статье представлены предварительные результаты изучения газообмена при выполнении гиповентиляционных техник пранаямы.

Введение

Центральным показателем внешнего дыхания является минутный объем дыхания - МОД, который определяется частотой дыхания (ЧД) и дыхательным объемом (ДО).

МОД = ЧД*ДО

Частота дыхания и дыхательный объем варьируют в зависимости от ряда факторов - в первую очередь от уровня физической нагрузки.
При увеличении работы скелетных мышц и сердца растет потребность в кислороде (О2), а также увеличивается выделение углекислого газа (СО2) - этим обусловлена необходимость увеличить вентиляцию легких: для активизации транспорта О2 из внешней среды во внутреннюю и для удаления излишков СО2 из внутренней среды во внешнюю.
В норме МОД меняется в соответствии с изменениями метаболических потребностей организма. Повышается метаболизм, увеличивается потребность в кислороде - увеличивается и вентиляция лёгких; снижение метаболизма и потребности в О2 сопровождается снижением МОД. Если МОД соответствует метаболическим потребностям, то содержание газов крови - О2 и СО2 - остается в пределах нормы.
В некоторых случаях вентиляция легких (выражаемая как МОД) может не соответствовать метаболизму - превышать его или, наоборот, быть ниже метаболической потребности. В этих случаях говорят о состоянии гипервентиляции или гиповентиляции.
Гипервентиляция - состояние, при котором МОД превышает метаболические потребности организма; сопровождается гипокапнией (пониженным содержанием СО2 в крови).
Гиповентиляция - состояние, при котором МОД ниже метаболических потребностей; сопровождается гиперкапнией (повышенным содержанием СО2 в крови).

Дыхательные техники йоги подразумевают развитие способности произвольно поддерживать режим гиповентиляции в течение длительных промежутков времени (30-60 минут). Предполагается, что данные режимы дыхания могут выступать в качестве гиперкапнической тренировки.
Однако до сегодняшнего дня недостаточно изученным оставался вопрос о том, на каких частотах дыхания люди с разными антропометрическими данными (рост, жизненная емкость легких) могут развивать режим истинной гиповентиляции и достигать состояния гиперкапнии.

Методы

В нашем пилотном исследовании приняли участие 17 человек (14 мужчин и 3 женщины), регулярно практикующие дыхательные техники йоги с произвольным снижением частоты дыхания. Средний возраст участников составил 42,3 года. Каждый участник выполнял доступный ему дыхательный режим с минимальной частотой дыхания и с максимальным дыхательным объёмом (так называемый “спецрежим”). 9 участникам был доступен режим с ЧД 1 раз/минуту (вдох и выдох по 30 секунд), для 8 участников минимальная доступная ЧД составила 1,5 раз/минуту (вдох и выдох по 20 секунд). Кроме того, все участники выполняли режим “свободное дыхание” в течение 2 минут, а также режим с ЧД 3 раза/минуту (вдох и выдох по 10 секунд).
Таким образом, всеми участниками выполнялись режимы:
- свободное дыхание в течение 2 минут
- ЧД 3 раза/минуту (вдох и выдох по 10 секунд)
- ЧД 1,5 раз/минуту (вдох и выдох по 20 секунд)
9 участников также выполнили режим ЧД 1 раз/минуту (вдох и выдох по 30 секунд).

Во время выполнения всех дыхательных режимов выполнялась спирометрия (ЧД, МОД, ДО) и газовый анализ выдыхаемого воздуха (PetCO2 - содержание СО2).
Показатель PetCO2 отображает содержание СО2 в альвеолярном воздухе в самом конце выдоха; принято считать, что альвеолярный СО2 равен содержанию СО2 в артериальной крови. Норма PetCO2 = 35 - 45 мм рт.ст. Значения PetCO2 менее 35 соответствуют гипокапнии, а значения более 45 - гиперкапнии.

Результаты

10:10
Если говорить о средних полученных результатах, что по сравнению с дыханием в покое режим 10:10 приводит к увеличению МОД до 12,26 л/мин и снижению СО2 (PetCO2 = 33,08 мм рт.ст. - что ниже нормы и говорит о развитии гипервентиляции) - таблица 1.

20:20
При дыхании с частотой 1,5/минуту группа показала снижение МОД (до 6,35 л/мин) и явный рост PetCO2 до 41,16 мм рт. ст. Данные показатели СО2 остаются в пределах нормы, однако по сравнению с исходными значениями имеется прирост, что дает основания говорить о развитии относительной гиперкапнии.

30:30
При снижении ЧД до 1 раза в минуту продолжалось снижение средних значений МОД (до 4,6 л/мин) и рост PetСО2 до 44,03 мм рт. ст. - то есть уровень альвеолярного СО2 достигает верхней границы нормы.

40:40 и более
Троим участникам исследования был доступен режим с частотой дыхания менее 1 раза в минуту (ЧД = 0,66 - 0.8/минуту) - и в этом случае наблюдалось снижение среднего МОД до 3,79 л/минуту и рост PetCO2 до значений абсолютной гиперкапнии (47,03 мм рт.ст.).

Пример протокола спирометрии с определением уровня СО2 в выдыхаемом воздухе. Частота дыхания около 0,66/минуту — вдох и выдох по 45 секунд.

Неоднородность группы

В зависимости от показанных результатов всю группу испытуемых можно разделить на две подгруппы.

1 подгруппа (ЖЕЛ менее 4,5 л)
В данной подгруппе при дыхании 10:10 МОД и PetСО2 существенно не отличались от исходных данных в покое. При переходе на режим 20:20 развивалось снижение МОД и увеличение PetСО2 (то есть гиповентиляция и относительная гиперкапния). как правило, участникам подгруппы режим 30:30 был недоступен.

2 подгруппа (ЖЕЛ более 4,5 л)
В данной подгруппе при дыхании 10:10 МОД возрастал, а PetСО2 снижалось - то есть возникала гипервентиляция и гипокапния. При дыхании 20:20 МОД и PetСО2 были близки к исходным данным в покое. При дыхании 30:30 наблюдалось снижение МОД и увеличение PetСО2 (гиповентиляция и гиперкапния).

Обсуждение результатов

Наши выводы основываются на сравнении абсолютных средних величин; статистическая обработка данных будет выполнена при наличии большей выборки. Но уже сейчас можно сделать следующие выводы:
1) Режим дыхания 10:10 не является гиповентиляционным и гиперкапническим;
2) Режим 20:20 может быть гиповентиляционным/гиперкапническим для практиков, имеющим жизненную емкость легких (ЖЕЛ) менее 4,5 литров;
3) Режим 20:20 не является гиповентиляционным для практиков, имеющих жизненную емкость легких более 4,5 литров;
4) Лица с ЖЕЛ более 4,5 литров для гарантированного достижения гиповентиляционного режима должны осваивать режим 30:30.
5) Режимы дыхания со снижением ЧД менее 1/минуту (например, 45:45) гарантированно приводят к абсолютной гиперкапнии.