Теоретический материал. В процессе изучения дисциплины «Физиология человека» обучающиеся знакомятся с функционированием отдельных систем человеческого организма и организма в целом

В процессе изучения дисциплины «Физиология человека» обучающиеся знакомятся с функционированием отдельных систем человеческого организма и организма в целом. Одной из задач изучения функций организма является сопоставление особенностей функционирования органов и систем организма в условиях относительного покоя и трудовой, в т.ч. физической, деятельности, изучение адаптационных возможностей организма при предъявлении к нему повышенных требований, каковые могут возникнуть в процессе производственной деятельности. Это повышенные физические нагрузки, изменение газового состава воздушной среды или величины атмосферного давления и т.п. Поскольку в выполнении большинства видов трудовой деятельности задействованы мышечная, сердечно-сосудистая и дыхательная системы организма, типовая программа дисциплины ориентирует на изучение работы и физиологических возможностей именно этих систем. Изучению отдельных моментов функционирования сердечно сосудистой и дыхательной систем и посвящена данная практическая работа, состоящая из трех самостоятельных работ.

РАБОТА СЕРДЦА

Важнейшими показателями сердечной деятельности являются: частота сердцебиения, отслеживаемая по пульсу, систолический и минутный объем сердца.

Частота сердцебиения: в норме она колеблется от 60 до 80 уд в минуту и обычно составляет 68-72 уд в минуту.

Систолический объем сердца: количество крови, выбрасываемое сердцем в аорту за каждую систолу; у здорового взрослого человека он составляет 70-80 мл.

Следует помнить при этом, что в артериальную систему большого и малого круга кровообращения за единицу времени при такой систоле в норме выбрасывается одинаковое количество крови, т.е. в артериальную систему поступает в целом 120-160 мл крови.

Минутный объем сердца: количество крови, выбрасываемое сердцем в аорту в одну минуту; это произведение систолического объема на частоту сердечных сокращений:

70 (80) мл х 68 (72) уд в мин = 4,76 (5,76) л в минуту округленно 5-7л в минуту.

При тяжелой мышечной работе минутный объем крови, выбрасываемой в аорту, составляет 15-20 л, а у высокотренированных спортсменов и при максимальном напряжении достигает 40 л. Такой результат достигается как за счет увеличения систолического объема (до 180-200мл), так и за счет учащения сердечной деятельности (до 200-260 ударов в минуту).

Задание 1.

Рассчитать работу левого желудочка сердца взрослого человека за одни сутки при следующих условиях:

- Артериальное давление систолическое (Ас) – 120 мм рт. ст.

- Артериальное давление диастолическое (Ад) – 90 мм рт.ст.

- Минутный объем сердца – 5 л.

Расчет, формулы

Работа левого желудочка может быть рассчитана по формуле:

Р= Q * Н * 13,6, кгм в минуту (3.1)

где Q - вес крови, поступившей в аорту, кг. Количество литров поступившей крови может быть принято как количество кг;

Н - среднее кровяное давление в аорте, мм рт.ст;

13,6 – удельный вес ртути.

Н= А_д + 1/3А_п (3.2)

где А_д - диастолическое давление (в аорте), мм рт. ст.;

А_п - пульсовое давление, мм рт. ст.

Среднее артериальное давление выражает энергию непрерывного движения крови и представляет собой постоянную величину для данного сосуда и организма

А_п = А_с - А _д (3.3)

где А_с - систолическое давление (в аорте), мм рт. ст.

Расчет, выполнение

А_п = А_с – А_д = 120-90=30 мм рт. ст.

Н = А_д + 1/3 А_п = 90 + 1/3 (30) = 100 мм рт.ст.

Р = 5 х 0,1 х 13,6 = 6,8 кгм/ мин (0,1м= 100 мм рт. ст.)

Работа левого желудочка, кгм/час: 6,8 * 60=408

Работа левого желудочка, кгм/ сут: 408* 24= 9792.

Чтобы вычислить работу всего сердца, необходимо учесть работу правого его отдела, которая в силу меньшей величины давления крови в легочной артерии по сравнению с давлением в аорте составляет примерно 1/4 (до 1/16) от работы левого желудочка. Тогда общая работа сердца составит:

9792 + 9792/4 = 12215 кгм в сутки

Вывод:

Работа левого желудочка в норме составляет порядка 10000 кгм, работа всего сердца – 12000 кгм в сутки.

ЛЕГОЧНОЕ ДЫХАНИЕ

Начальным этапом дыхательного цикла является обмен газов между кровью и альвеолярным воздухом. По закону Дальтона общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь. Парциальным давлением газа в смеси называют то давление, которое производил бы этот газ, если бы он занимал объем всей смеси. Если общее давление газовой смеси равно р мм рт. ст., а содержание данного газа в объемных процентах – а, то парциальное давление газа Р выразится через:

Р=р* а/100, мм рт. ст.

Состав атмосферного воздуха отличается постоянством: в нем содержится 20,93-20,94% кислорода, 0,03-0,04% углекислого газа, 79,02-79,04% азота и инертных газов, а также некоторое количество водяных паров.

Выдыхаемый воздух содержит обычно от 15,5 до 18% кислорода (при расчетах берется 16,23%). В первых порциях выдыхаемый воздух по составу аналогичен вдыхаемому, последние его порции – т.н. альвеолярный воздух – содержат уже только 14% кислорода.

Напряжение кислорода в притекающей к легким крови (Нк) лежит обычно между 70 и 80 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе парциальное давление составляет около 100 мм рт. ст. Вследствие этой разности напряжений кислород переходит из альвеол в кровь:

О₂

Р = 100 мм рт. ст. > Н_к = 70 – 80 мм рт.ст.

О₂

Только около 0,3 мл кислорода на 100 мл крови растворяется в ней физически, а основная масса – 18-21 мл на 100 мл крови – связывается химически гемоглобином. Каждый грамм гемоглобина может связать 1,34 мл кислорода, переходя при этом в оксигемоглобин. В крови здоровых людей содержится 14-16 г гемоглобина на 100 мл крови.

Дыхательная гипоксия, - недостаточное насыщение крови кислородом в легких - может возникать как один из моментов при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе. Такая ситуация может возникать при работе в закрытых емкостях и помещениях, при неправильном пользовании кислородными изолирующими приборами, при работе в шланговых противогазах и т.д. Снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе может иметь место при общем снижении атмосферного давления, например, в связи с подъемом на высоту в горной местности, при разгерметизации летальных аппаратов и т.п. У людей, неадаптированных при этом развивается горная (или высотная) болезнь.

Задание 2.

В закрытом загазованном помещении содержание кислорода составляет (а) 18% об, р= 760 мм рт. ст. Определить, может ли быть использован для предотвращения отравления вредными парами и газами фильтрующий противогаз или необходим кислородный изолирующий прибор?

Р = р * а/100 = 760 * 18/100 = 136,8 мм рт. ст.

Р – Н = 136,8 – (от70 до 80) = 61,8 мм рт.ст.

Вывод: Разность парциального давления кислорода в альвеолах и напряжения его в крови достаточна для его перехода в кровь.

Использование фильтрующего противогаза для данных условий допустимо.

ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА

В процессе мышечной работы в скелетных мышцах происходит сложный цикл анаэробных превращений различных веществ, что ведет к освобождению энергии, которая может превращаться в механическую энергию, в выполняемую мышцами работу. Образующиеся при анаэробных процессах вещества, главным образом молочная кислота, окисляются кислородом, приносимым к мышцам кровью.

Количество кислорода, необходимого для окисления всех образовавшихся за 1 мин работы продуктов анаэробного обмена, обозначается как кислородный запрос.

Когда количество кислорода, потребляемого организмом за минуту работы, равно кислородному запросу, концентрация недоокисленных продуктов в крови и мышцах по мере выполнения работы не возрастает; устанавливается постоянный уровень потребления кислорода, равный его поступлению. Работы, в которых достигается этот постоянный уровень, часто могут выполняться в течение длительного времени.

При возрастании физической тяжести работы кислородный запрос может достичь т.н. максимального потребления кислорода, свойственного каждому человеку предела, и даже превысить его.

Разница между кислородным запросом и фактической доставкой кислорода работающим мышцом носит название кислородного долга. Он возникает при увеличении потребления кислорода с возрастанием тяжести работы.

Потребление кислорода в первые минуты и при умеренной регулярной работе отстает от кислородного запроса, но образовавшийся кислородный долг быстро восстанавливается. При тяжелой физической работе на восстановление газообмена, погашение кислородного долга требуется длительное время.

Механизм, с помощью которого организму доставляется необходимый кислород, называется легочной вентиляцией. У взрослого человека легочная вентиляция в состоянии относительного физиологического покоя составляет 6-8 л в минуту, вдох 0,4 – 0,6 (в среднем 0,5) литра, частота дыхательных движений 14 – 18 в минуту. При чрезвычайно напряженной мышечной работе легочная вентиляция может достигать до 120л в минуту как за счет углубления дыхания (до 2,5 – 3,5 литра), так за счет его учащения (до 25-40 дыхательных движений в минуту).

Потребление кислорода во время сна составляет в час 15-20 л (от 0,25-0,33 л в минуту), при мышечной работе оно возрастает в 6 и более раз, достигает свойственного каждому человеку предела, т.н. максимального потребления кислорода, и все же, обычно, не покрывает кислородного долга.

Задание 3

Проследить потребление кислорода (О₂) в организме человека, если известно, что при тяжелой мышечной работе организм должен потреблять 5 литров кислорода (О₂) в минуту (кислородный запрос). Глубина вдоха при этом составила 2,5л, частота дыхательных движений – 30 в мин. Содержание кислорода в вдыхаемом воздухе равнялось 20,94% об., в выдыхаемом – 16,23% об.

1. Определим величину легочной вентиляции:

2,5л х 30 дых дв.= 75 л/ минуту

2. Определим % поглощенного организмом кислорода:

20,94% - 16,23% = 4,7%

3. Определим количество потребляемого человеком кислорода, л в минуту:

75 л/мин х 4,7% = 3,375 л/мин

4. Определим величину кислородного долга:

5 л/мин – 3,375 л/мин = 1,625 л/мин

5. Для определения времени, необходимого на погашение кислородного долга, определяем объем легочной вентиляции после прекращения работы:

(Условно)

0,6 л/мин х18 дых дв. = 10,8 л/мин

6. Определяем потребление кислорода человеком в состоянии после прекращения работы

10,8 л/мин х 4,7% = 0,5 л/мин

7. Определяем время, мин, потребное для погашения образовавшегося кислородного долга.

Так как количество потребляемого человеком кислорода после окончания работы составит 0,5 л/мин, а количество поставляемого организму кислорода благодаря мобилизации резервов дыхательной системы все еще составляет 3,375 л/мин, доставка кислорода превышает потребности в 3,375/0,5=6,75 раза. Т.е. на погашение кислородного долга потребуется 7-8-9 минут.

Задачи по заданию №1

Чему будет равна работа сердца данного человека при тяжелой физической работе, если минутный объем составит 15л? 20л? 40л?

Задачи по заданию №2

Рассчитать парциальное давление кислорода (О₂) при следующих условиях:

- в горном воздухе, где содержание кислорода (а) составляет 20,94% об., а атмосферное давление (р) – 680 мм рт. ст.;

- в выдыхаемом воздухе при проведении искусственного дыхания; содержание кислорода (а) составляет 16,23% об, атмосферное давление (р) –760 мм рт ст;

- в закрытой емкости, подготовленной для производства сварочных работ; содержание кислорода (а) составило 13% об, атмосферное давление (р) - 738 мм рт.ст.

Полученные цифры сравнить с цифрами нормального напряжения кислорода в крови, притекающей к легким, и сделать выводы.

Задачи по заданию №3

Выполнить аналогичные расчеты для условий:

- кислородный долг 2 литра в минуту, легочная вентиляция во время работы 60 л/мин; определить кислородный запрос;

- кислородный запрос 10 л/мин (бег на спринтерскую дистанцию), легочная вентиляция 120 л/мин; определить кислородный долг.

Дата добавления: 2014-12-27