3. ДЫХАНИЕ

Дыхание - физиологический процесс обеспечения тканей кислородом, необходимым для процессов биологического окисления, и одновременного выведения из них углекислого газа как конечного продукта метаболизма углеводов, жиров и белков. Дыхание осуществляется благодаря действию газовых законов. Различают три основных этапа прохождения кислорода до конечной цели: внешнее дыхание, транспорт кислорода и углекислого газа кровью, а также тканевое дыхание. Благодаря внешнему дыханию посредством вентиляции происходит газообмен между легкими и окружающим воздухом. Перенос газов кровью осуществляется в виде временного соединения их с гемоглобином эритроцитов и в физически растворенном состоянии. Тканевое дыхание - сложный энергообразующий окислительно-восстановительный процесс, происходящий в митохондриях клеток при участии дыхательных ферментов.

ЗАНЯТИЕ 1.5

Определение показателей внешнего дыхания

Внешнее дыхание наиболее доступно для наблюдения, качественной и количественной оценки. Газообмен осуществляется за счет чередующихся фаз вдоха и выдоха. Организм обладает большими резервными возможностями по усилению внешнего дыхания, используемыми при различных физических нагрузках, изменении напряжения кислорода и углекислого газа в крови. Регуляция внешнего дыхания осуществляется при помощи нервных и гуморальных воздействий на дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге.

Определение и расчет показателей внешнего дыхания выполняется с помощью спирограммы - графической регистрации дыхательных движений (рис. 1.6).

Цель работы: ознакомление с методикой регистрации объемов воздуха, поступающего в легкие.

Оборудование: сухой спирометр, мундштук, газовый счетчик, клапанная коробка с клапанами вдоха и выдоха, гофрированная дыхательная трубка, загубник, носовой зажим, секундомер, вата, спирт.

Организация и содержание занятия. Определение объема дыхательного воздуха. Испытуемый в положении стоя делает несколько спокойных вдохов и выдохов, затем, после очередного вдоха, взяв мундштук в рот, делает спокойный выдох в спирометр (рис. 1.7). Регистрируется цифровое значение показателя в литрах.

Определение резервного объема выдоха. После спокойного выдоха через нос испытуемый производит максимальный выдох через рот в спирометр. Регистрируется цифровое значение показателя в литрах.

Определение жизненной емкости легких. После максимального вдоха испытуемый делает максимальный выдох в спирометр. Регистрируется цифровое значение показателя в литрах.

Определение резервного объема вдоха. Из величины жизненной емкости легких вычитается сумма дыхательного объема и резервного объема выдоха.

Определение отношения фактической величины жизненной емкости легких (ЖЕЛ) к должной выполняется по номограмме (рис. 1.8).

Определение выносливости дыхательных мышц (проба Розенталя). Испытуемым производится пятикратное определение ЖЕЛ с интервалами в 15 с, регистрируются все значения. На основе полученных данных делается вывод о динамике ЖЕЛ при повторных определениях. Сохранение величины ЖЕЛ или ее нарастание при повторных пробах свидетельствует о хорошей выносливости дыхательных мышц, а ее снижение - о недостаточной их выносливости. Данные вносятся в табл. 1.6.

Определение максимальной легочной вентиляции. Клапанная коробка соединяется с загубником. К клапану выдоха присоединяется гофрированная дыхательная трубка и газовый счетчик. Регистрируются исходные показания газового счетчика.

Испытуемый берет в рот загубник, надевает на нос зажим и в течение 30 с производит максимально глубокие и частые дыхания. Регистрируются новые показания газового счетчика и путем вычитания исходных значений определяется объем дыхательного воздуха за 30 с. Этот показатель умножают на 2. Полученная величина является показателем максимальной вентиляции легких в минуту (МВЛ).

Полученную величину МВЛ сравнивают с должной, которая вычисляется следующим образом:

Данные вносятся в табл. 1.7.

Полученные результаты заносятся в протокол, сравниваются с показателями нормы и делаются выводы о функции дыхания испытуемых в целом и в сравнении с должными величинами.

Контрольные вопросы

1. Функции внешнего дыхания.

2. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.

3. Механизм вдоха и выдоха.

4. Внешнее дыхание, его механизмы и основные показатели.

5. Каковы нормальные показатели внешнего дыхания?

6. Каким образом осуществляется обмен газов в легких и тканях?

ЗАНЯТИЕ 1.6

Минутный объем дыхания в покое и при мышечной работе

Минутный объем дыхания представляет собой количество воздуха, проходящего через легкие за 1 мин. Величина этого показателя может значительно изменятся при работе и под влиянием различных внешних условий. Увеличение частоты дыхания при одновременном снижении дыхательного объема отражает поверхностное дыхание и свидетельствует об уменьшении кислородного обеспечения организма. Повышение потребности организма в кислороде ведет к увеличению объема дыхания за счет углубления вдоха и выдоха.

Во время выполнения физической нагрузки дыхание значительно активизируется, что выражается в увеличении глубины, частоты дыхания и возрастании легочной вентиляции, уменьшении резервного объема вдоха и выдоха. При этом носовое дыхание переходит в ротовое. Одновременно возрастает диффузионная способность легких и увеличивается количество кислорода, поступающего в кровь и доставляемого тканям, растет потребление кислорода организмом.

Цель работы: освоить методику определения легочной вентиляции в состоянии покоя и при мышечной работе.

Оборудование: газовый счетчик, клапанная коробка с клапанами вдоха и выдоха, гофрированная дыхательная трубка, загубник, носовой зажим, секундомер, вата, спирт.

Организация и содержание занятия. Испытуемый берет в рот загубник с клапанной коробкой и надевает на нос зажим. При этом он находится в положении сидя, в удобной позе, с расслабленными мышцами тела и спокойно дышит. Время фиксируется при помощи секундомера. После привыкания к дыханию в таких условиях в течение 1 мин регистрируются и записываются показатели газового счетчика по прошествии каждой из 3 мин. Показания счетчика объема выдыхаемого воздуха после завершения 1 мин будут составлять минутный объем дыхания (МОД). Одновременно за каждую минуту визуально подсчитывается частота дыхания (ЧД) испытуемого. Зарегистрировав и записав показатели МОД и ЧД за 3 мин покоя, высчитывается средняя арифметическая величина МОД и ежеминутная ЧД в покое. Данные заносятся в протокол.

Затем испытуемый выполняет физическую нагрузку (например, на велоэргометре или на бегущей дорожке) в течение 5 мин. Показания газового счетчика регистрируются до нагрузки, каждую минуту во время нагрузки и по ее завершении до тех пор, пока значение МОД не вернется к исходному уровню. Данные также заносятся в протокол.

Полученные результаты оформляют в виде протокола, для наглядности изменений осуществляется построение графиков динамики МОД и ЧД в покое, во время выполнения физической нагрузки и в период восстановления (табл. 1.8). На основе полученных результатов делаются выводы.

Контрольные вопросы

1. Легочная и альвеолярная вентиляция.

2. Транспорт кислорода.

3. Транспорт углекислого газа.

4. Перенос газов кровью.

5. Дыхание и кислотно-основное равновесие во внутренней среде организма.

6. Изменения дыхания при мышечной работе.

7. Легочная вентиляция при мышечной работе. Максимальная венти¬ляция легких.

ЗАНЯТИЕ 1.7

Расчеты потребления кислорода, кислородного запроса, кислородного долга, энерготрат в покое и при мышечной работе

В состоянии мышечного покоя у человека средний расход энергии составляет примерно 1,25 ккал/мин, на что требуется около 250 мл кислорода. При физической нагрузке расход энергии может увеличиваться в 15-20 раз. В начале динамической работы потребление кислорода мышцами возрастает. Сердечно-сосудистая и дыхательная системы включаются в работу постепенно, с некоторой задержкой. Поэтому в начале работы всегда образуется дефицит кислорода. Кислородный запрос - количество кислорода, необходимое для выполнения дополнительной работы. Потребление кислорода достигает максимума через 5-6 мин выполнения интенсивной нагрузки и составляет при этом около 5-6 л. Дополнительно утилизированный организмом кислород необходим для обеспечения усиленной работы легких и сердца, повышения температуры тела, пополнения количества оксигемоглобина. После завершения нагрузки потребление кислорода постепенно возвращается к исходному уровню. Кислородный долг - количество кислорода, потребленное в периоде восстановления сверх уровня основного обмена. Данные о кислородном балансе организма представлены на рис. 1.9.

Основным показателем продуктивности кардиореспираторной системы является максимальное потребление кислорода (МПК), который отражает уровень показателя физической работоспособности. Это - наибольшее количество кислорода, которое человек способен потребить в течение 1 мин, выполняя интенсивную физическую нагрузку.

Эту величину можно рассчитать следующим образом:

МПК = 2,2xPWC170 +1070.

Расчеты производятся с использованием данных, полученных на предыдущем занятии.

Цель работы: освоить методику расчета кислородного запроса, кислородного долга, количества потребляемой организмом энергии при мышечной работе.

Оборудование: калькулятор, протокол предыдущего занятия.

Организация и содержание занятия. Определение параметров потребления кислорода, кислородного запроса, кислородного долга осуществляется поэтапно, на основе данных о величине МОД в покое и при физической нагрузке, полученных на предшествующем практическом занятии.

1. Определение количества потребленного кислорода в течение 1 мин в условиях относительного покоя. Используется формула:

где цифра 4 отражает процент поглощаемого кислорода организмом из вдыхаемого воздуха в состоянии покоя.

2. Определяется количество кислорода, поглощаемого организмом каждую минуту при работе. Формула приобретает следующий вид:

где цифра 5 отражает процент поглощаемого кислорода организмом из вдыхаемого воздуха во время выполнения работы. Возрастание потребления кислорода обусловлено увеличением диффузионной способности легких и повышением поглощения кислорода через альвеолокапиллярную мембрану из альвеол.

3. Используя значение показателя МОД в периоде восстановления, определяется количество кислорода, поглощенного за каждую минуту восстановительного периода по формуле:

где цифра 4 отражает процент поглощаемого кислорода организмом из вдыхаемого воздуха в период восстановления.

4. Определение избыточного потребления кислорода во время работы. Для этого из показателя фактически поглощенного кислорода за все время работы вычитается количество кислорода, которое было бы поглощено за это же время в состоянии покоя:

5. Определение избыточного потребления кислорода в восстановительном периоде (кислородный долг). Для этого из количества фактически поглощенного за весь период восстановления кислорода вычитается количество кислорода, которое было бы поглощено за это же время в состоянии покоя. Эта разность будет составлять кислородный долг:

6. Определение кислородного запроса. Для этого к величине избыточного кислорода, поглощенного во время работы, прибавляется величина кислородного долга:

КЗ = избыточное потребление (работа) + КД.

7. Определение минутного кислородного запроса. С этой целью полученное значение общего кислородного запроса необходимо разделить на количество минут, в течение которых выполнялась физическая работа:

8. Нахождение процентного отношения кислородного долга к кислородному запросу осуществляется по формуле:

9. Определение затрат энергии для выполнения указанной работы. Для определения количества энергии, потраченной на выполнение данной работы, используется калорический эквивалент кислорода. Известно, что он равен 5 ккал на 1 л потребленного кислорода, что означает следующее: при потреблении 1 л кислорода расходуется 5 ккал энергии.

Используется следующая формула:

Количество энергии (ккал) =

= суммарное количество потребленного кислорода (л) х 5.

10. Определение количества углеводов, потраченных для компенсации физических затрат при выполнении данной работы. Известно, что при потреблении 1 г углеводов организм получает 4,1 ккал энергии.

Расчет производится по следующей формуле:

На основе полученных результатов заполняется протокол (табл. 1.9) и делаются выводы.

Контрольные вопросы

1. Нервно-рефлекторная регуляция дыхания.

2. Гуморальная регуляция дыхания.

3. Произвольная регуляция дыхания.

4. Потребление кислорода, его величины в покое и при выполнении физических нагрузок.

5. Максимальное потребление кислорода.

6. Кислородный запрос и долг.

КОЛЛОКВИУМ 1.2

Дыхание

1. Состав атмосферного воздуха.

2. Внешнее дыхание, его механизмы и основные показатели.

3. Обмен газов в легких и тканях.

4. Легочная и альвеолярная вентиляция.

5. Транспорт кислорода.

6. Дыхательное мертвое пространство.

7. Транспорт углекислого газа.

8. Перенос газов кровью.

9. Дыхание и кислотно-основное равновесие во внутренней среде организма.

10. Изменения дыхания при мышечной работе.

11. Легочная вентиляция при мышечной работе. Максимальная вентиляция легких.

12. Перенос газов кровью.

13. Изменения дыхания при мышечной работе.

14. Нервная и гуморальная регуляция дыхания.

15. Потребление кислорода, кислородный запрос и долг, МПК.