Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66406110.31857/S0131164624050035AOPWFRArticlesСтатьиResearch ArticleThe Effect of Added Mass on Pulmonary FunctionВлияние дополнительной весовой нагрузки на функцию внешнего дыханияSegizbaevaM. O.СегизбаеваМ. О.
Russian Federation
segizbaevamo@infran.ruMaksimenkoB. A.МаксименкоБ. А.
Russian Federation
segizbaevamo@infran.ruKorolyovYu. N.КоролевЮ. Н.
Russian Federation
segizbaevamo@infran.ruAleksandrovaN. P.АлександроваН. П.
Russian Federation
segizbaevamo@infran.ruPavlov Institute of Physiology of the RASИнститут физиологии имени И.П. Павлова РАНS.M. Kirov Military Medical AcademyВоенно-медицинская академия имени С.М. Кирова20112024505212825022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664061

A comparative study of the volume-velocity parameters of the human external respiration system was carried out under the influence of an additional weight load: a body armor weighing 11 kg and a backpack weighing 15 kg. The nature of changes in the main spirometric parameters under the influence of an added mass is typical for restrictive disorders of pulmonary function. A marked decrease in forced vital capacity (FVC) and forced expiratory volume in 1 second (FEV1) values was observed when performing the test with a protective vest. In the conditions of a combination of body armor and a backpack, these changes were more pronounced (p < 0.01). At the same time, there were no significant changes in the Tiffno index values (FEV1/FVC). In addition, a significant decrease in the values of maximum voluntary ventilation (MVV) was revealed by 8.1% under the influence of body armor, and by 18.5% with a combination of a vest and a backpack relative to the control (p < 0.01). A significant correlation was shown between the maximum force of contraction of the inspiratory muscles and the maximum voluntary ventilation of the lungs both in the control and with an additional weight load. It is possible that the inspiratory muscles training, aimed at increasing their strength and endurance, can be an effective strategy for minimizing the adverse effects of increased weight load when performing work with special protective equipment in various areas of human professional activity.

Проведено сравнительное исследование объемно-скоростных показателей системы внешнего дыхания человека в условиях действия дополнительной весовой нагрузки: бронежилета весом 11 кг и рюкзака весом 15 кг. Характер изменений основных спирометрических параметров при действии повышенной весовой нагрузки типичен для рестриктивных нарушений легочной функции. Выраженное снижение значений форсированной жизненной емкости легких (FVC) и объема форсированного выдоха за 1 с (FEV1) наблюдалось при выполнении теста с защитным бронежилетом. В условиях сочетания бронежилета и рюкзака эти изменения были выражены в большей степени (p < 0.01). При этом не отмечено значимых изменений величин индекса Тиффно (FEV1/FVC). Кроме того, выявлено достоверное снижение значений максимальной произвольной вентиляции легких (MVV) на 8.1% в условиях действия бронежилета и на 18.5% при сочетании жилета и рюкзака относительно контроля (p < 0.01). Показана значимая корреляция между максимальной силой сокращений инспираторных мышц и максимальной произвольной вентиляцией легких как в контроле, так и при дополнительной весовой нагрузке. Возможно, что тренировка инспираторных мышц, направленная на увеличение их силы и выносливости, может быть эффективной стратегией для минимизации неблагоприятных последствий увеличенной весовой нагрузки при выполнении работ со специальным защитным оборудованием в разных сферах профессиональной деятельности человека.

spirometryrespiratory musclesmaximal inspiratory pressuremaximal voluntary ventilationchest protectionbody armorbackpackспирометриядыхательные мышцымаксимальное инспираторное давлениемаксимальная произвольная вентиляция легкихсредства защиты грудной клеткибронежилетрюкзакПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation1021062411787-0-3.1.8Muza S.R., Latzka W.A., Epstein Y., Pandolf K.B. Load carriage induced alterations of pulmonary function // Int. J. Ind. Ergon. 1989. V. 3. № 3. P. 221.Bygrave S., Legg S.J., Myers S., Llewellyn M. Effect of backpack fit on lung function // Ergonomics. 2004. V. 47. № 3. P. 324.Majumdar D., Srivastava K.K., Purkayastha S.S. et al. Physiological effects of wearing heavy body armour on male soldiers // Int. J. Ind. Ergon. 1997. V. 20. № 2. P. 155.Dominelli P.B., Sheel A.W., Foster G.E. Effect of carrying a weighted backpack on lung mechanics during treadmill walking in healthy men // Eur. J. Appl. Physiol. 2012. V. 112. № 6. P. 2001.Phillips D.B., Stickland M.K., Petersen S.R. Ventilatory responses to prolonged exercise with heavy load carriage // Eur. J. Appl. Physiol. 2016. V. 116. № 1. P. 19.Armstrong N.C., Gay L.A. The effect of flexible body armour on pulmonary function // Ergonomics. 2016. V. 59. № 5. P. 692.Legg S.J., Cruz C.O. Effect of single and double strap backpacks on lung function // Ergonomics. 2004. V. 47. № 3. P. 318.Kinoshita H. Effects of different loads and carrying systems on selected biomechanical parameters describing walking gait // Ergonomics. 1985. V. 28. № 9. P. 1347.Brown P.I., McConnell A.K. Respiratory-related limitations in physically demanding occupations // Aviat. Space Environ. Med. 2012. V. 83. № 4. P. 424.Armstrong N.C., Ward A., Lomax M. et al. Wearing body armour and backpack loads increase the likehood of expiratory flow limitation and respiratory muscle fatigue during marching // Ergonomics. 2019. V. 62. № 9. P. 1181.Miller M.R., Crapo R., Hankinson J. et al. General considerations for lung function testing // Eur. Respir. J. 2005. V. 26. № 1. P. 153.American Thoracic Society/European Respiratory Society. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002. V. 166. № 4. P. 518.Black L.F., Hyatt R.E. Maximal respiratory pressures: normal values and relationship to age and sex // Am. Rev. Respir. Dis. 1969. V. 99. № 5. P. 696.Segizbaeva M.O., Aleksandrova N.P. Assessment of the Functional State of Respiratory Muscles: Methodological Aspects and Data Interpretation Muscles // Human Physiology. 2019. V. 45. № 2. P. 213.Сегизбаева М.О., Александрова Н.П. Оценка функционального состояния дыхательных мышц: методические аспекты и интерпретация данных // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 2. С. 115.Faghy M., Brown P. Thoracic load carriage-induced respiratory muscle fatigue // Eur. J. Appl. Physiol. 2014. V. 114. № 5. P. 1085.Shei R.J., Chapman R.F., Gruber A.H., Mickleborough T.D. Respiratory Effects of Thoracic Load Carriage Exercise and Inspiratory Muscle Training as a Strategy to Optimize Respiratory Muscle Performance with Load Carriage // Springer Sci. Rev. 2017. V. 5. № 1–2. P. 49.Faghy M.A., Shei R.J., Armstrong N.C.D. et al. Physiological impact of load carriage exercise: Current understanding and future research directions // Physiol. Rep. 2022. V. 10. № 21. P. e15502.Walker R.E., Swain D.P., Ringleb S.I., Colberg S.R. Effect of added mass on treadmill performance and pulmonary function // J. Strength Cond. Res. 2015. V. 29. № 4. P. 882.Phillips D.B., Ehnes C.M., Stickland M.K., Petersen S.R. Ventilatory responses in males and females during graded exercise with and without thoracic load carriage // Eur. J. Appl. Physiol. 2019. V. 119. № 2. P. 441.Legg S.J. Influence of body armour on pulmonary function // Ergonomics. 1988. V. 31. № 3. P. 349.Legg S.J., Mahanty A. Comparison of Five Models of Carrying a Load Close to the Trunk // Ergonomics. 1985. V. 28. № 12. P. 1653.Dominelli P.B., Sheel A.W. Experimental approaches to the study of the mechanics of breathing during exercise // Respir. Physiol. Neurobiol. 2012. V. 180. № 2—3. P. 147.Dominelli P.B., Sheel A.W. Experimental approaches to the study of the mechanics of breathing during exercise // Respir. Physiol. Neurobiol. 2012. V. 180. № 2–3. P. 147.Dixon A.E., Peters U. The effect of obesity on lung function // Expert Rev. Respir. Med. 2018. V. 12. № 9. P. 755.Jenkins S.C., Moxham J. The effects of mild obesity on lung function // Respir. Med. 1991. V. 85. № 4. P. 309.Sharp J.T., Barrocas M., Chokroverty S. The cardiorespiratory effects of obesity // Clin. Chest Med. 1980. V. 1. № 1. P. 103.Farkas G.A., Cerny F.J., Rochester D.F. Contractility of the ventilatory pump muscles // Med. Sci. Sports Exerc. 1996. V. 28. № 9. P. 1106.