использование искусственной задержки дыхания для оценки

Федеральное агентство по образованию
Томский государственный
архитектурно-строительный университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ
ЗАДЕРЖКИ ДЫХАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА
К НЕДОСТАТКУ КИСЛОРОДА
Методические указания к лабораторным занятиям
Составитель Н.В. Талдонова
Томск 2008
Использование искусственной задержки дыхания для
оценки чувствительности организма к недостатку кислорода: методические указания / Сост. Н.В. Талдонова. –
Томск.: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2008. – 15 с.
Рецензент доцент, к.г.н. Л.В. Шерстобитова
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания к лабораторным работам и самостоятельной работе по дисциплине ЕН.Ф.5 «Физиология человека» для студентов специальности 280102 «Безопасность
технологических процессов и производств» дневной и заочной
форм обучения.
Печатаются по решению методического семинара кафедры охраны труда и окружающей среды. Протокол № 1 от 28.08
2008.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо
с 01.12.2008
до 01.12.2013
Оригинал-макет подготовлен автором.
Подписано в печать.
Формат 60х90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 50 экз. Заказ
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Опечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
2
Цель работы: научиться оценивать чувствительность
организма человека к недостатку кислорода и избытку углекислого газа путем использования искусственной задержки дыхания.
ВВЕДЕНИЕ
Человек может обойтись без пищи несколько недель, без воды − несколько суток, без воздуха − всего н есколько минут. Питательные вещества в организме запасаются, как и вода, запас же свежего воздуха ограничен
объемом легких. Вот почему необходимо непрерывное его
обновление. Благодаря вентиляции легких в них поддерживается более или менее постоянный газовый состав, который необходим для поступления в кровь кислорода и
удаления из крови углекислого газа, других газообразных
продуктов распада, а также паров воды.
Дыханием называется процесс, обеспечивающий получение тканями кислорода и освобождение тканей от углекислого газа. Обмен газов (газообмен) между окружающей средой и организмом происходит непрерывно, но его
уровень может изменяться при изменении потребности
организма в энергии.
У человека газообмен состоит из четырех этапов:
1) обмен газов между воздушной средой и легкими; 2) обмен газов между легкими и кровью; 3) транспортировка
газов кровью; 4) газообмен в тканях.
Система органов дыхания выполняет лишь первую
часть газообмена. Остальное выполняет система органов
кровообращения. Между дыхательной и кровеносной сис3
темами существует глубокая взаимосвязь. Различают легочное дыхание, обеспечивающее газообмен между воздухом и кровью, и тканевое дыхание, осуществляющее газообмен между кровью и клетками тканей.
Кроме обеспечения газообмена, органы дыхания выполняют еще две важные функции: участвуют в теплорегуляции и голосообразовании. При дыхании с поверхности легких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Кроме того, легкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки
гортани.
1. Внешнее дыхание
Легкие являются основной частью дыхательной системы. Это парный орган, расположенный в грудной клетке
и имеющий ячеистое строение. Легочная ткань состоит из
мельчайших пузырьков − альвеол (рис. 1). Стенки альвеол
очень тонкие, состоят из одного слоя эпителия и легко
проницаемы для газов. Чтобы попасть в легкие, воздух,
поступающий снаружи, должен пройти по воздухоносным
путям. Сначала он попадает в носовые ходы, через носоглотку – в гортань, затем в трахею и, наконец, к бронхам –
мелким разветвлениям воздухоносных путей.
Бронхи ветвятся подобно кровеносным сосудам и
мельчайшие веточки бронхиального дерева – бронхиолы –
открываются в альвеолы. В бронхах есть мышцы, которые
под действием нервных импульсов могут сокращаться либо расслабляться, изменяя просвет бронхов и тем самым
увеличивая количество воздуха, поступающего в альвеолы
(рис. 2).
4
Рис. 1. Воздухоносные пути и респираторный отдел
Дыхание осуществляется легкими благодаря деятельности дыхательных мышц – в основном межреберных
и диафрагмы (рис. 3). При вдохе межреберные мышцы и
диафрагма сокращаются. В результате ребра приподнимаются, а внутренние органы брюшной полости оттесняются вниз (рис. 3).
Объем грудной клетки увеличивается, между ее
стенками и легкими создается разрежение, так что давление воздуха внутри легких оказывается выше, чем в груд5
ной полости, и легкие растягиваются. При этом вследствие увеличения объема легких давление в них становится
ниже атмосферного, и воздух через верхние дыхательные
пути поступает сюда извне. Так осуществляется вдох. При
выдохе диафрагма и межреберные мышцы расслабляются,
органы брюшной полости смещаются вверх, ребра под
собственной тяжестью опускаются вниз, объем грудной
клетки уменьшается, давление в грудной полости увеличивается.
Рис. 2. Легочные альвеолы и их кровоснабжение
Это приводит к возрастанию давления в легких, оно
становится выше атмосферного уровня, и воздух из легких
вследствие перепада давлений выходит наружу.
6
Рис. 3. Изменение формы грудной клетки в процессе дыхания: при выдохе (а) и вдохе (б); 1 – наружные межреберные
мышцы; 2 – диафрагма
Следует заметить, что воздух из легких никогда не
выходит полностью. Часть альвеол всегда заполнена так
называемым остаточным воздухом. Поэтому в эксперименте кусочки легочной ткани не тонут в воде.
В спокойном состоянии взрослый человек получает
от 0,4 до 1,0 л воздуха за один вдох. Такова глубина дыхания. А частота дыхания составляет 18 – 24 вдоха в минуту.
При выполнении мышечной работы частота и глубина
дыхания возрастают. Для оценки интенсивности внешнего
дыхания используют такой показатель, как минутный
объем дыхания (МОД) – количество воздуха, прошедшего
7
через дыхательные пути за минуту. МОД равен произведению глубины вдоха на частоту дыхания.
2. Методы исследования внешнего дыхания
Для исследования внешнего дыхания применяется
несколько методов исследования (пневмография, спирометрия, спирография и др.)
Метод спирометрии основан на измерении спирометром жизненной емкости легких (ЖЕЛ). Для человека
важна жизненная емкость легких, она считается хорошей,
если при пяти пробах, проведенных подряд, результаты не
снижаются.
Преимущества людей, имеющих высокую жизненную емкость легких, в том, что при тяжелых физических
работах вентиляция легких достигается за счет большой
глубины дыхания. Человеку, у которого жизненная емкость легких (ЖЕЛ) небольшая, да еще и дыхательные
мышцы слабы, приходится дышать часто и поверхностно.
Это приводит к тому, что свежий воздух остается преимущественно в воздухоносных путях и лишь небольшая
часть его доходит до альвеол.
Метод спирографии основан на определении внешнего дыхания.
Спирограф – прибор, предназначенный для регистрации легочных объемов, показателей легочной вентиляции и других целей. Этот метод дает возможность регистрировать показатели как обоих легких, так и каждого легкого в отдельности.
8
3. Заболевания органов дыхания
На органы дыхания оказывают влияние многие неблагоприятные факторы. Это источники загрязнения атмосферного воздуха – выхлопы автотранспорта, промышленные выбросы вредных газов, золы, дыма, пыли, а также
действие никотина.
Наркогенные вещества, к которым принадлежит и
никотин, содержащийся в табаке, оказывают влияние на
нервную и гуморальную регуляции, нарушая и ту, и другую. Кроме того, вещества табачного дыма раздражают
слизистую оболочку дыхательных путей, что ведет к увеличению выделяемой ею слизи. Поэтому у курящих людей
бывает кашель: легкие защищаются от вредного воздействия курения.
Содержащаяся в воздухе пыль опасна тем, что может
механически травмировать стенки легочных пузырьков и
воздухоносных путей, затруднять газообмен, вызывать аллергию. Пыль, содержащая частички свинца, хрома, может вызывать химические отравления. Кроме того, на пылинках оседают микробы и вирусы, которые могут стать
причиной инфекционных заболеваний – гриппа, ангины.
Но это все является кратковременными болезнями. Наряду
с ними существуют хронические заболевания дыхательной системы. Наиболее грозными являются туберкулез и
рак легкого. Они начинаются незаметно, и несколько месяцев или даже лет человек о них может и не подозревать.
Между тем лечение наиболее успешно в начальной стадии
болезни.
Возбудителем туберкулеза является палочка Коха.
Она попадает в организм через дыхательные пути, а также
вместе с пищей, например, с непрокипяченным молоком,
9
полученным от больной коровы. Туберкулезом чаще болеют дети и подростки, молодые люди. Реже инфицируются взрослые и старики. Снижают сопротивляемость человека микробактериям туберкулеза плохие условия труда
и быта, неблагоприятные социальные факторы (алкоголизм и т. д.), хронические заболевания, вредные привычки. При таких условиях болезнетворные микробы активируются. Они проникают в легкие или в другие органы и
там размножаются, что ведет к заболеванию.
Еще одним грозным заболеванием является рак легкого. Это заболевание наиболее часто встречается у курящих людей. Болезнь начинается с того, что эпителиальная
ткань некоторых бронхов перерождается и начинает разрастаться. Опухоль оказывает угнетающее влияние на
жизнедеятельность организма, ведет к его крайнему истощению, а затем к смерти.
Для того, чтобы избежать этих и других заболеваний
органов дыхания нужно проходить флюорографию.
Флюорография – это исследование изображения
грудной клетки путем фотографирования со светящегося
рентгеновского экрана, за которым находится обследуемый человек.
Флюорографию должен проходить каждый человек
хотя бы раз в два года. Лицам, работа которых связана с
людьми, а также учащимся флюорографию необходимо
проходить ежегодно.
10
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Работа № 1
Использование искусственной задержки дыхания
для оценки чувствительности организма
к недостатку кислорода и избытку
углекислого газа
Приборы, необходимые для работы: секундомер
Ход работы:
Студенты объединяются в 4 группы по 4 человека:
первый испытуемый подсчитывает частоту собственного
дыхания, второй считает пульс у испытуемого, третий ведет отсчет времени с помощью секундомера, четвертый
делает записи.
Порядок проведения работы:
1. Сосчитать число вдохов, совершенных за 30 с (пересчитав затем на минуту) в положении сидя.
2. Измерить частоту пульса за 30 с (пересчитав на
минуту) также в положении сидя.
3. Сделать три спокойных вдоха и выдоха, а затем
максимальный вдох. Немедленно после этого зажать нос
пальцами и задержать дыхание в течение 15 с.
4. Тотчас после возобновления дыхания провести
подсчет пульса за 30 с (с перечетом на минуту) и определить частоту дыхательных движений.
5. После трех спокойных вдохов и выдохов задержать дыхание на выдохе на 15 с, затем определить частоту
пульса и дыхательных движений.
6. Сделать 10 глубоких приседаний в течение 20 с.
По окончании задержать дыхание на вдохе на 15 с. Сразу
11
после этого определить число дыхательных движений и
частоту пульса.
7. Записать полученные цифры в табл. 1:
Таблица 1
В
покое
Число
дыхательных
движений
Частота
пульса
После задержки дыхания
на
вдохе
на
выдохе
на выдохе
(после 10 приседаний)
8. Сравнить и объяснить результаты наблюдений.
Пояснения к занятию. При выполнении работы следует исключить из круга испытуемых учащихся, имеющих
сердечнососудистые заболевания или болезни органов
дыхания.
Работа № 2
Определение жизненной емкости легких
с помощью спирометра
Приборы, необходимые для работы: спирометр,
прокипяченные стеклянные мундштуки, носовой зажим,
спирт, вата.
Исследование проводят при положении испытуемого
стоя; дыхание при этом должно происходить через рот, а
нос следует зажать. Определение каждого из показателей
производят трижды и на основании этих данных вычисляют среднюю величину.
12
Ход работы:
ЖЕЛ (жизненную емкость легких) определяют путем глубокого (полного) выдоха в спирометр после предшествовавшего ему максимального вдоха из окружающей
среды.
ДО (дыхательный объем) определяют путем спокойного (обычного) выдоха в спирометр после предшествовавшего ему спокойного вдоха из окружающей среды.
РОЭ (резервный объем экспирации, или выдоха) определяют путем глубокого выдоха в спирометр после
предшествовавшего ему спокойного выдоха в окружающую среду.
РОи (резервный объем инспирации, или вдоха) рассчитывают по формуле
РОи = ЖЕЛ – (РОэ + ДО).
Результаты определений вносят в табл. 2:
Легочные объемы и ЖЕЛ (см3)
Номер
результата
1
2
3
Таблица 2
Среднее значение
ЖЕЛ
ДО
РОэ
В заключение определения основных показателей
легочных объемов и ЖЕЛ сравнить полученные результаты с нормальными (приложение).
13
Контрольные вопросы
1. Как распределяется функция дыхания между дыхательной и кровеносной системами?
2. Как располагаются легкие в грудной клетке?
3. Как происходит вдох и выдох?
4. Почему кусочки легочной ткани не тонут в воде?
5. Какова частота дыхания и глубина вдоха в состоянии покоя?
6. Что такое МОД? Как он меняется при мышечных
нагрузках?
7. В чем вред курения?
8. В чем вредное действие пыли?
9. Какие заболевания органов дыхания являются наиболее опасными?
10. Назовите основные методы исследования внешнего дыхания.
Рекомендуемая литература
1. Физиология человека. В 3 т. Т. 2. Гл. 6 / под ред. Р.
Шидта, Г. Тевса. – 2-е изд. – М.: Мир, 1996. – 304 с.
2. Судаков, К.В. Нормальная физиология / К.В. Судаков.
– М.: Мед. инф. агенство, 1999.– С. 201 – 242.
3. Колесов, Д.В. Биология человека / Д.В. Колесов, Р.Д.
Маш. – М.: Дрофа, 2006. – С. 131–154.
4. Барбараш, Н.А. Нормальная физиология: руководство
к проведению лабораторных работ / Н.А. Барбараш. –
Ростов-н/Д.: Феникс, 2007. – С. 42–56.
14
Приложение
Легочные объемы и емкости (статистические
показатели внешнего дыхания) в мл
Дыхательный объем (ДО)
400 (200–600)
Резервный объем вдоха (РОвд)
Резервный объем выдоха (РОвыд)
2000
1300
Остаточный объем выдоха (ОО)
1500
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)
Функциональная остаточная емкость (ФОЕ)
Общая емкость легких (ОЕЛ)
4000 (3000–4500)
2800
5500
15