Зачем бегуну следить за уровнем кислорода в крови?

Одним из основных показателей нормально функционирующего организма является насыщенность артериальной крови кислородом. Этот параметр отражается на числе эритроцитов, а определить его помогает пульсоксиметрия (пульсовая оксиметрия).

Принцип пульсоксиметрии

В зависимости от того, насколько насыщен гемоглобин кислородом, меняется длина световой волны, которую он способен поглотить. На этом принципе основано действие пульсоксиметра, состоящего из источника света, датчиков, детектора и анализирующего процессора.

Источник света излучает волны в красном и инфракрасном спектре, а кровь поглощает их в зависимости от числа связанных гемоглобином кислородных молекул. Связанный гемоглобин улавливает инфракрасный поток, а неоксигенированный – красный. Не поглощенный свет регистрируется детектором, аппарат подсчитывает сатурацию и выдает результат на монитор. Метод неинвазивный, безболезненный, а его проведение занимает всего 10-20 секунд.

Сегодня применяется два способа пульсоксиметрии:

  1. Трансмиссионная.
  2. Отраженная.

При трансмиссионной пульсоксиметрии световой поток проникает сквозь ткани, поэтому для получения показателей сатурации излучатель и воспринимающий датчик нужно располагать с противоположных сторон, между ними – ткань. Для удобства проведения исследования датчики накладывают на небольшие участки тела – палец, нос, ушная раковина.

Отраженная пульсоксиметрия предполагает регистрацию световых волн, которые не поглощаются оксигенированным гемоглобином и отражаются от ткани. Этот метод удобен для применения на самых разных участках тела, где датчики расположить друг напротив друга технически невозможно либо расстояние между ними будет слишком велико для регистрации световых потоков – живот, лицо, плечо, предплечье. Возможность выбора места исследования дает большое преимущество отраженной пульсоксиметрии, хотя точность и информативность обоих способов примерно одинакова.

Неинвазивная пульсоксиметрия имеет некоторые недостатки, в числе которых – изменение работы в условиях яркого света, движущихся объектов, наличия красящих веществ (лак для ногтей), необходимость точного позиционирования датчиков. Погрешности в показаниях могут быть связаны с неправильным наложением устройства, шоком, гиповолемией у пациента, когда прибор не может уловить пульсовую волну. Отравление угарным газом и вовсе может показывать стопроцентную сатурацию, в то время как гемоглобин насыщен не кислородом, а СО.

Видео: обзор о приборе – пульсоксиметре

Концепция VO2max

Термин «максимальное потребление кислорода» впервые был описан и использован Hill (5) и Herbst (6) в 1920-х годах (7). Основные положения теории VO2max гласили:

  • Существует верхняя граница потребления кислорода,
  • Существует естественная разница в значениях VO2max,
  • Высокий VO2max необходим для успешного участия в забегах на средние и длинные дистанции,
  • VO2max ограничен способностью сердечно-сосудистой системы переносить кислород к мышцам.
Читайте также:  Причины развития псориатического спондилоартрита и способы его лечения

Показатель VO2max характеризует максимальное количество используемого кислорода, и рассчитывается путем вычитания количества выдохнутого кислорода из количества поглощенного кислорода (8). Поскольку VO2max используется для количественного описания ёмкости аэробной системы, показатель находится под влиянием большого количества факторов на длинном пути кислорода от окружающей среды до митохондрий в мышцах.

Формула для расчета VO2max: VO2max= Q х (CaO2-CvO2),

где Q – сердечный выброс, CaO2 – содержание кислорода в артериальной крови, CvO2 — содержание кислорода в венозной крови.

Это уравнение принимает в расчет объем крови, перекачиваемый нашим сердцем (сердечный выброс = ударный объем х частота сердечных сокращений), а также разницу между уровнем кислорода в крови, притекающей в мышцы (CaO2 — содержание кислорода в артериальной крови) и уровнем кислорода в крови, оттекающей от мышц к сердцу и лёгким (CvO2 — содержание кислорода в венозной крови).

По сути, разница (CaO2—CvO2) представляет собой количество кислорода, поглощенного мышцами. Хотя для практических целей измерение VO2max имеет небольшое значение, развитие способности более эффективно потреблять и утилизировать кислород влияет на производительность бегуна. Поглощение и утилизация кислорода, в свою очередь, зависят от целого ряда факторов, которые встречаются на длинном пути кислорода.

Движение кислорода от атмосферного воздуха до митохондрий называется кислородным каскадом. Вот его основные этапы:

  • Потребление кислорода

— Поступление воздуха в лёгкие — Движение по трахеобронхиальному дереву до альвеол и капилляров, где кислород поступает в кровь

  • Транспорт кислорода

— Сердечный выброс – кровь поступает к органам и тканям — Концентрация гемоглобина — Объем крови — Капилляры, из которых кислород поступает в мышцы

  • Утилизация кислорода

— Транспорт в митохондрии — Использование в аэробном окислении и цепи переноса электронов

Максимальное потребление кислорода (VOmax) — что характеризует?

15 сентября компания Apple представила новую модель Apple Watch Series 6 — обладающую, в том числе, инфракрасным датчиком уровня кислорода в крови. Ранее основным методом для измерения этого показателя использовалось профессиональное оборудование — а сегодня его могут определять умные часы.

По словам Apple, потребление кислорода является одной из важнейших характеристик здоровья организма. Снижение VO2 max ниже нормы означает уменьшение способности тела усваивать кислород из крови. На что именно влияет показатель максимального потребления кислорода?

// VO2 max — что это?

Максимальное потребление кислорода (VO2 max) — это показатель, связанный со способностью организма использовать кислород из вдыхаемого воздуха. Традиционно параметр использовался в профессиональном спорте. Считается, что чем выше МПК — тем лучше физическая форма атлета.

Фактически максимальное потребление кислорода зависит от количества красных кровяных клеток (эритроцитов), уровня вовлечения мышц в активность, а также от способности сердечно-сосудистой системы прокачивать определенное количество крови в единицу времени.

Читайте также:  Аневризма грудного отдела аорты: диагностика и лечение

По сути, МПК представляет собой количество кислорода, поглощаемого мышцами. Для расчета используется формула VO2 max = Q х (CaO2-CvO2), где Q – сердечный выброс, CaO2 – содержание кислорода в артериальной крови, а CvO2 — содержание кислорода в венозной крови.

// Читать дальше:

Влияние интенсивности нагрузок

Приведем пример. Бегун, развивающий скорость 15 км/ч, потребляет кислород со скоростью 50 мл на килограмм веса в минуту (мл/кг/мин). При 17,5 км/ч скорость потребления вырастет до 60 мл/кг/мин. Если же скорость повысится до 20 км/ч, то потребление кислорода будет еще выше — около 70 мл/кг/мин¹.

Максимальное потребление кислорода связано со скоростью сердцебиения — чем быстрее бьется сердце, тем больше кислорода потребляется. В противоположность этому, организм людей, ведущих малоподвижный образ жизни, потребляет меньше кислорода — а их МПК заметно ниже.

Максимальное потребление кислорода — нормы по возрасту

Обычно значения VO2 варьируются от 20 мл/кг/мин до 60 мл/кг/мин в зависимости от возраста, пола и физического состояния человека. Классический тест для определения МПК состоит из бега на беговой дорожке с использованием специальной маски до достижения максимального пульса (так называемой “красной зоны”).

Максимальное потребление кислорода (VOmax) — что характеризует?

Ниже представлены нормы максимального потребления кислорода для мужчин и для женщин – в зависимости от возраста. Значения из столбца 1 рассматриваются как опасно низкие, 2 — низкие, 3 — нормальные, 4 — хорошие, 5 — очень хорошие, 6 — уровень профессиональных атлетов.

// Нормы МПК для мужчин (мл/кг/мин)

Возраст 1 2 3 4 5 6
13-19 < 35.0 > 55.9
20-29 52.4
30-39 < 31.5 >49.4
40-49 48.0
50-59 45.3
60+ 44.2

// Нормы МПК для женщин (мл/кг/мин)

Возраст 1 2 3 4 5 6
13-19 41.9
20-29 41.0
30-39 40.0
40-49 36.9
50-59 35.7
60+ 31.4

Мпк — что характеризует?

Как видно из представленных выше таблиц, нормы максимального потребления кислорода зависят не только от уровня физической активности, но и от возраста человека. В среднем, каждые десять лет МПК снижается на 10% — выступая одним из показателей старения организма.

Низкий МПК характеризует снижение способности крови переносить кислород — что напрямую влияет как на работу мышц и сердечно-сосудистой системы, так и на работу мозга. Статистика говорит о том, что МПК коррелирует с продолжительностью жизни человека².

Другими словами, если для профессиональных спортсменов увеличение максимального потребления кислорода означает более эффективную работу при тренировках, то для обычных людей измерение МПК с помощью умных часов — один из способов оценки здоровья сердечно-сосудистой системы.

Максимальное потребление кислорода (VO2 max) — это показатель, связанный со способностью организма использовать кислород из вдыхаемого воздуха. Традиционно МПК использовался в профессиональном спорте, однако он становится одним из параметров для определения состояния здоровья обычных людей.

Научные источники:

  1. Что такое VO2max и как работает дыхательная система при беге, ссылка
  2. Midlife Cardiorespiratory Fitness and the Long-Term Risk of Mortality, pdf
  3. La valoración del VO2 max y su relación con el riesgo cardiovascular como medio de enseñanza-aprendizaje, pdf
Читайте также:  Радиочастотная аблация аритмий с использованием системы carto

Симптомы повышения и понижения

Низкий уровень кислорода в крови может привести к нарушению кровообращения и вызвать следующие симптомы:

  • одышка;
  • головная боль;
  • головокружение;
  • учащённое дыхание;
  • боль в груди;
  • спутанность сознания;
  • повышенное артериальное давление;
  • нарушения зрения;
  • чувство эйфории;
  • быстрое сердцебиение.

Гипоксия может наступить в результате родовой травмы. Младенец недополучает то количество кислорода, которое требуется для нормального развития. Клетки ЦНС могут пострадать до появления на свет.

Уровень кислорода в крови может повышаться из-за внешних обстоятельств, которые не связаны с заболеваниями. Норма у взрослых составляет 115-165 г/л, но показатель может достигать предела свыше 200 г/л. Такой процесс называется кислородной токсичностью или отравлением. Он представляет собой сложное нелинейное расстройство.

Симптомы повышения и понижения

Общие системные симптомы кислородной интоксикации включают:

  • мышечные судороги;
  • шум в ушах;
  • дисфорию;
  • тошноту;
  • конвульсии.

Риск кислородной токсичности для ЦНС существенно изменяется под воздействием таких факторов, как физические упражнения, погружение, температура воды, общее давление, индивидуальная восприимчивость.

Но самое важное, что стоит знать: в обоих случаях кислородным голоданием или отравлением управляет система преобразования углекислого газа. Именно его человек вдыхает вместе с кислородом, и его циркуляция во многом зависит от того, будет ли нормально циркулировать другой газ.

Пульсоксиметрия и COVID-19

Контроль концентрации кислорода в крови ведут в медицине и спорте длительное время, но в обществе термин пульсоксиметр появился в связи с распространением коронавируса COVID-19. Причина в поражении последним легких и развитии серьезных форм пневмонии. Одним из признаков усугубления ситуации, когда пораженный орган дыхательной системы не справляется со своими функциями, остается замедление газового обмена. Это ведет к падению содержания кислорода в крови, что ведет к развитию гипоксии и становится показанием для подключения пациента к дополнительному источнику кислорода.

В норме у взрослых и детей насыщение кислородом крови должно составлять 95-98% (для венозной показатель составляет 75%). Если показатель падает до 94%, то необходимы меры по борьбе с гипоксией в виде дополнительной подачи кислорода через канюли или аппараты искусственного дыхания.

Кроме борьбы с коронавирусом пульсоксиметрию используют во время хирургической операции и после нее, для обнаружения признаков апное, контроля за состоянием во время приступов бронхиальной астмы и других заболеваниях. Проводят процедуру как разово, так и в качестве мониторинга, длящегося в течение ночи, суток или иного периода по назначению лечащего врача.