Реферат: Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при физических нагрузках и гипоксических воздействиях

Институтспециальной психологии и педагогики им. Р. Валленберга

Курсоваяработа

Пофизиологии

Тема:«Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при физическихнагрузках и гипоксических воздействиях»

                                                                                                     Выполнил:студент 2 курса, гр 6ДН-03

БеримецВ.И.

Санкт-Петербург 2005г

Кровь представляет собой внутреннюю средуорганизма, обеспечивающую определенное постоянство основных физиологических ибиохимических параметров и осуществляющую гуморальную связь между органами.

Кровь состоит из форменныхэлементов (42-46 % ) – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов и жидкой плазмы(54-58 % ).

У взрослого человека количествокрови составляет 5-8 % массы тела, что соответствует 5-6л

Кровь выполняет в организме целыйряд физиологических функций:

1) Транспортная функция –заключается в переносе всех необходимых для жизнедеятельности организма веществ(питательных веществ, газов, гормонов, ферментов, метаболитов).

2)Дыхательная функция – состоит в доставке кислорода от легких к тканям и углекислогогаза от тканей к легким.

3)Терморегуляторная функция – перенос тепла от более нагретых органов к менеенагретым.

4) Защитная функция – осуществлениенеспецифического и специфического иммунитета; свертывание крови предохраняет откровопотери при травмах.

5) Регуляторная (гуморальная)функция – доставка гормонов, пептидов, ионов и другихфизиологически активных веществ от мест их синтеза к клеткам организма, чтопозволяет осуществлять регуляцию многих физиологических функций.

6) Питательная функция – обусловлена переносомаминокислот, глюкозы, жиров, витаминов, ферментов и минеральных веществ оторганов пищеварения к тканям, системам и депо.

7) Выделительная функция –направлена на перенос продуктов обмена (мочевина, креатин, вода, соли и т.д.)от мест их образования к органам выделения (почки, легкие).

Перенос газов кровью

При работе в несколько разувеличивается объемная скорость кровотока, чтообеспечивает доставку нужного количества кислорода к работающим мышцам итранспорт углекислого газа к альвеолярным капиллярам.

Кислород находится в крови вдвух состояниях. Часть (0,3мл на 100мл крови) в виде физически растворенногогаза, а остальная часть (почти 20мл кислорода на 100мл крови) в виде химическисвязанного состояния – в связи с гемоглобином. Фракция физически растворенногокислорода играет важную роль: весь кислород, который идет из альвеолярноговоздуха в кровь или из крови в ткань, проходит стадию физического растворения.Растворимость газов в жидкостях подчиняется закону Генри-Дальтона: количестворастворенного газа пропорционально порциональномунапряжению газа. Коэффецент пропорциональности (коэф. Бунзена) для кислорода = 0,024мл на 1мл растворителяв расчете на 1 атм (760 атм. рт.ст.).

Растворимость кислорода в плазмекрови низка: при «Р» кислорода = 1мм рт ст в 100мл крови растворяется 0,0031мл кислорода. Принормальных физиологических условиях («Р» кислорода = 100 мм ртст) в 100мл крови растворяется 0,31 мл кислорода.Такое количество кислорода не обеспечивает потребности организма, поэтомуосновное значение имеет другой способ переноса – в виде связи с гемоглобиномвнутри эритроцита — окигемоглобин. Главной функциейгемоглобина является транспорт кислорода от легких к тканям и транспортуглекислого газа от тканей к легким. Общий запас кислорода в организме около1700-2400см. В обычных условиях при дыхании воздухом 1г гемоглобинаприсоединяет 1.34 мл кислорода, а т.к. в крови содержится 140-160г гемоглобина,то количество кислорода в нем составляет примерно 200мл; эту величину принято называтькислородной емкостью крови. Таком образом если общий объем крови в организмечеловека составляет 5л, то количество кислорода связанное с гемоглобином, в нейбудет равно около 1л.

Наиболееважным параметром, определяющим количество кислорода, связанного сгемоглобином, является насыщение гемоглобина кислородом – сатурация («Sa» кислорода), которая рассчитывается по формуле:

При «Р»кислорода = 100 мм рт стнасыщение гемоглобина кислородом артериальной крови составляет 97 %, а ввенозной 75 %.

Действие кислорода и потребление кислородатканями

Доставка кислорода («D»кислорода) – скорость скоторой кислород доставляется к тканям. «D» кислорода является интегральным показателем и зависит отсодержания кислорода в крови («Са» кислорода) исодержание сердечного выброса (Q), так «D» кислорода = Са+Q,нормальное значение равно 1000мл в мин.

Заключительным этапомтранспорта кислорода является потребление его тканями («V» кислорода). Согласно правилу Фика, потребление кислорода тканями рассчитывают как произведениесердечного выброса и артериовенозной разницы в содержании кислорода.

Теоретически величина «D» кислорода являетсямаксимальным потреблением кислорода «V» кислорода. Однако на практике ткани не могут использовать весьдоставленный кислород и среднее потребление кислорода тканями составляет около250мл/мин, таким образом в стабильном состоянии доставка кислорода примерно в 4раза превышает потребление его тканями. Примерно 25 % кислорода экстрагируетсяиз артериальной крови тканями и остальной кислород возвращается к сердцу всоставе смешанной венозной крови.

   

Функциональные изменения в организме при физических нагрузках

При мышечной работе дыханиезначительно увеличивается – растет глубина дыхания (до 2-3л) и частота дыхания(до 40-60 вдохов в минуту), МОД при этом может увеличиться до 150-200л/мин

Сердечно-сосудистая система тожепретерпевает изменения – увеличивается систолический объем крови (у спортсменовпри больших нагрузках до 150-200мл), растет МОК (до 35л/мин у спортсменов).Происходит перераспределение крови в пользу работающих органов, главным образомскелетных мышц, а так же легких, активных зон мозга и снижение кровоснабжениявнутренних органов и кожи. Перераспределение крови тем более важно, чеммощность работы. Количество циркулирующей крови при работе увеличивается засчет ее выхода из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока,а время кругооборота крови снижается вдвое. Увеличивается отдача кислорода изкрови в ткани. Соответственно, становится больше артериовенозная разность покислороду и коэффицент использования кислорода.

Рост кислородного долга при передвижении спортсменов насредние и длинные дистанции сопровождается увеличением в крови концентрациимолочной кислоты и снижение рН крови. В связи спотерей воды и увеличением количества форменных элементов повышение вязкостикрови достигает 70 %.

Физическая работа делится надва вида, динамическую и статическую.

Динамическаяработа выпол­няется тогда, когда в физическом смысле происхо­дит преодолениесопротивления на определенном расстоянии (езда на велосипеде). При положительнойди­намической работе мускулатура действует как «дви­гатель», а при отрицательнойдинамической работе она играет роль «тормоза» (например, при спуске с горы)Статическая работа производится при изо­метрическом мышечной сокращении. Таккак при этом не преодолевается никакое расстояние, в физи­ческом смысле это неработа; тем не менее организм реагирует на нагрузку физиологическим напряженн­ей.Проделанная работа в этом случае измеряется как произведение силы и времени.

Физическаяактивность вызывает немедленные реакции различных систем органов, включая мы­шечную,сердечно-сосудистую и дыхательную. Это быстрые адаптационные сдвиги. Эти сдвигиобусловлены изменением большого количества параметров, в частности, изменениеммышечного кровоснабжения. В покое кровоток в мыш­цесоставляет 20 40 мл • мин - ' • кг - '. При экст­ремальныхфизических нагрузках эта величина су­щественно возрастает, достигая макси­мума,равного 1,3 л-мин — 1 •кг — 1 у нетренирован­ных лиц и1,8 л-мин - ' -кг - ' у лиц, тренированных навыносливость. Кровоток усиливается не мгно­венно сначалом работы, а постепенно, в течение не менее 20-30 с; этого временидостаточно, чтобы обеспечить кровоток, необходимыйдля выполнения легкой работы. При тяжелой динамической работе, однако,потребность в кислороде не может быть полностью удовлетворена, поэтомувозрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метабо­лизма.

Обменвеществ в мышце.При легкой работе получение энергии происходит поанаэробному пути только в течение короткого переходного периода после началаработы; в дальнейшем метаболизм осуществляется полностью за счет аэробныхреакций с использованием в качестве субстратов глюкозы, а также жирных кислот иглицерола. В отличие от этого во время тяжелой работыполучение энергии частично обеспечивается анаэробными процессами. Сдвиг в сторонуанаэроб­ного метаболизма (приводящего к образованию молочной кислоты)происходит в основном из-за недостаточности артериального кровотокав мыш­це, или артериальной гипоксии Кроме этих «узких мест» в процессах энергообеспечения и тех, что временно возникают сразу жепосле начала работы, при экстремальных нагрузках образуют­ся «узкие места»,связанные с активностью фермен­тов на различных этапах метаболизма. При накоп­лениибольшого количества молочной кислоты на­ступает мышечное утомление. Посленачала работы требуется некоторое время для увеличения интенсивности аэробныхэнергети­ческих процессов в мышце. В этот период дефицит энергии компенсируетсяза счет легкодоступных анаэробных энергетических резервов (АТФ и креатин-фосфата). Количество макроэргических фосфатовневелико по сравнению с запасами гликогена, однако они незаменимы как в течениеуказанного периода, так и для обеспечения энергией при кратковременныхперегрузках во время выпол­нения работы.

Во времядинамической работы происходят су­щественные адаптационные сдвиги в работесердеч­но-сосудистой системы. Сердечный выброс и кровотокв работающей мышце возрастают, так что кровоснабжение более полно удовлетворяетпо­вышенную потребность в кислороде, а образующее­ся в мышце тепло отводится вте участки организма, где происходит теплоотдача.

Во времялегкой работы с постоянной нагрузкой частота сокращений сердца возрастает втечение первых 5-10 мин и достигает постоянного уровня; это стационарноесостояние сохраняется до завершения работы даже в течение нескольких часов. Вовремя тяжелой работы, выполняемой с постоянным усили­ем, такое стабильноесостояние не достигается; ча­стота сокращений сердца увеличивается по мереутомления до максимума, величина которого не­одинакова у отдельных лиц (подъем,обусловленный утомлением). Даже после завершения работы частота сердеч­ныхсокращений изменяется в зависимости от имев­шего место напряжения. После легкойработы она возвращается к первоначальному уров­ню в течение 3-5 мин; послетяжелой работы период восстановления значительно дольше – при чрезвы­чайнотяжелых нагрузках он достигает нескольких часов. Другим критерием может служитьобщее число пульсовых ударов свыше начальной частоты пульса в течение периодавос­становления; этот показатель служит мерой мышечно­го утомления и,следовательно, отражает нагрузку, потребовавшуюся для выполнения предшествую­щейработы.

Ударныйобъем сердца в начале работы возрастает лишь на 20 30%, а после этогосохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае максимальногонапряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что при каждомсокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у здоровогоспортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не занимающегосяспортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при работе изменяютсяприблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено этим относительнымпо­стоянством ударного объема.

Придинамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция выполняемойработы. Систо­лическое давление увеличивается почти пропорци­онально выполняемойнагрузке, достигая приблизи­тельно 220 мм рт. ст. принагрузке 200 Вт. Диастолическое давление изменяетсялишь незначи­тельно, чаще в сторону снижения. В системе кровообращения,функционирующей под низким давлением (например, в правом предсердии) давлениекрови во время работы увеличивается мало; отчетливое его повышение в этомучастке является патологией (например, при сердечной не­достаточности).

Потреблениеорганизмом кислорода возрастает пропорционально величине и эффек­тивностизатрачиваемых усилий. При легкой работе достигается стационарное состояние,когда потреб­ление кислорода и его утилизация эквивалентны, но это происходитлишь по прошествии 3-5 мин, в течение которых кровотоки обмен ве­ществ в мышце приспосабливаются к новым требо­ваниям. До тех порпока не будет достигнуто стационарное состояние, мышца зависит от неболь­шогокислородного резерва, который обеспечивается 02, связанным с миоглобином, и от способ­ности извлекать больше кислородаиз крови. При тяжелой мышечной работе, даже если она выполня­ется с постояннымусилием, стационарное состояние не наступает; как и частота сокращений сердца,потребление кислорода постоянно по­вышается, достигая максимума.

Послелегкой работы величина кислородного долга достигает 4 л, а после тяжелой можетдоходить до 20 л.

Во времялегкой динамической работы минутный объем дыхания, как и сердечный выброс,увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение возникает врезультате нарастания дыхательного объема и частоты дыхания.

Во время ипосле динамической работы кровь претерпевает существенные изменения. По нимлишь изредка можно действительно оценить степень физического напряжения, ноособое значение их состоит в том, что они служат источниками ошибок прилабораторной диагностике.

Во времялегкой физиче­ской работы у здорового человека выявляются лишь незначительныеизменения в парциальном давлении СО2 и 02 в артериальной крови. Тяжелая работавызывает более существенные изменения. Наибольшие отклонения от уровня покоясоставляют 8% для артериального рО2(напрежениекислорода растворимого в плазме крови) и 10% — для рСО2.Насыщение кислородом смешанной венозной кро­ви падает с ростом напряжения;соответственно этому артериовенозная разница по кислороду увеличивается отзначения, приблизи­тельно равного 0,05 (уровень покоя), до 0,14 у не­тренированныхи 0,17 у тренированных лиц. Это увеличение обусловлено повышенным извлечениемкислорода из крови в работающей мышце.

.

Дыханиемназываетсякомплекс физиологических процессов, обеспечивающих потребление кислорода ивыделение углекислого газа тканями живого организма. В основе дыхательнойфункции лежат тканевые окислительно-восстановительные биохимические процессы,обеспечивающие обмен энергии в организме человека, животных и растений.

Обмен газов, или потреблениекислорода и выделение углекислого газа, между организмом и окружающей газовойсредой осуществляется путем сложного взаимодействия систем дыхания,кровообращения и крови

Газообмен является много звеньевым процессом. Поступающийв легкие кислород переходит в кровь, доставляется к тканям, переходит черезстенки капилляров в межтканевую жидкость иутилизируется клетками.

Гипоксия (от гипо… и лат. oxygenium— кислород) (кислородное голодание), пониженное содержание кислорода ворганизме или отдельных органах и тканях. Возникает при недостатке кислорода вовдыхаемом воздухе или в крови (гипоксемия), принарушении биохимических процессов тканевого дыхания и другого.

Степень гопоксииопределяют путем взятия порции крови из артериального или венозногокровеносного сосуда или из полостей сердца с последующим извлечением газов наприборе Ван Слайка и их количественным анализом.

Причины гипоксии весьмаразнообразны. Она может возникать в крови легких в связи со снижением р кислорода в альвеолярном воздухе (произвольная задержкадыхания), а также при неравномерности вентиляции в различных частях легких.

Гипоксия наблюдается даже всостоя6нии покоя – физиологическая гипоксия, она может усиливаться придвигательной деятельности из-за нарастания неравномерности вентиляции легких,увеличения скорости кровотока в связи с малымвременем контакта воздуха и крови, а так же в случаях увеличения толщенылегочной мембраны. Гипоксия может быть связана с перебросомкрови через артериовенозные анастомозы в малом круге кровообращения. В этомслучае кровь бедная кислородом, минует дыхательные поверхности альвеол ипримешивается к артериализованной крови, оттекающейот легких, что и создает ту или иную степени гипоксии. Гипоксия артериальнойкрови, протекающей в тканях, связана с недостатком кислорода в них и усиленноймобилизации кислорода из оксигемаглобина крови.Быстро наступающие гипоксические изменения возникаюти в венозной крови (венозная гипоксия), как результат снижения насыщениякислородом крови оттекающей от тканей с выраженной активностью окислительныхпроцессов.

Виды гипоксии

Гипоксическаяили экзогенная,гипоксияразвивается при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.Наиболее типичным примером гипоксической гипоксииможет служить горная болезнь. Ее проявления находятся в зависимости от высотыподъема. В эксперименте гипоксическая гипоксиямоделируется при помощи барокамеры, а также с использованием дыхательныхсмесей, бедных кислородом.

Дыхательная илиреспираторная,гипоксия возникает в результатенарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции,кровоснабжения легких или диффузии в них кислорода, при которых страдает оксигенация артериальной крови.

Кровяная или гемическая,гипоксия возникает в связи сразвитием нарушений в системе крови, в частности с уменьшением кислородной емкостиее.

Гистотоксическая гипоксия:неспособность клетоквоспринимать принесенный кровью кислород. Нарушение клеточного дыхания возможнов случае общего отравления организма — например, цианидамиили ядом некоторых медуз.

Циркуляторнаягипоксия развивается при местных и общих нарушенияхкровообращения, причем в ней можно выделить ишемическую и застойную формы.

Дыхание при физической нагрузке.

Общая характеристика: мышечная работа всегда связана сувеличением газообмена, т.к. энергия черпается в процессе окисленияорганических веществ. Изменения дыхания четко выражены даже при физическихнагрузках, выполняемых малыми мышечными группами. При легочной работе, обменгазов может повышаться в 2-3 раза, а при тяжелой в 20-30 раз по сравнению суровнем покоя. Исключительно большой удельный вес потребления мышцами кислородапри работе зависит не только от его потребления мышцами, непосредственноучаствующими в работе, но и от потребления кислорода мышцами, обеспечивающимивысокую легочную вентиляцию, а также мышцей сердца.

Активность окислительных процессовтем больше, чем больше мощность выполняемой работы.

Однако в ряде случаев оказывается, что при одной и той жемощности работы, потребление кислорода возрастает при нарушении координациидвижений, это объясняется вовлечением в двигательную деятельность мышц, неимеющих непосредственного отношения к данной работе. Дыхание при мышечнойработе тесно связано с биомеханическими особенностями позы и механикой самихдвижений.

Кислородный запрос и его удовлетворение

Количество кислорода необходимое для окислительныхпроцессов, обеспечивающих ту или иную работу, называют кислородным запросом.

В зависимости от особенностеймышечной работы устанавливается оптимальный для нее уровень потреблениякислорода.

При относительно равномерной работе, если она легковыполняется спортсменом, может наступить вскоре после начала работы равновесиемежду кислородным запросом и его удовлетворением.

При напряженной циклической работе,когда минутный кислородный запрос удовлетворяется не в полной мере, отмечаетсяустойчивая величина потребления кислорода. Однако эта устойчивость потреблениякислорода сопряжена с нарастанием кислородного долга, не проявляющегося по ходуработы.

Кислородный долг– этоколичество кислорода, которое поглощается по окончании физической работы сверхуровня покоя.

Он отражает дефицит кислорода прианаэробных биохимических процессах и восполнение кислородного резерваорганизма, использованного при работе. После работы наблюдается наиболееинтенсивное погашение кислородного долга.

МПК

Определение МПК осуществляется прямым и косвенными путями.

Принцип прямого определениязаключается в ступенчатом увеличении физической нагрузки до предельновозможной. МПК выражает потребление кислорода за 1мин. эта величинаобозначается литрами, у не спортсменов МПК примерно 2,5-3,5л/мин, а успортсменов 6л/мин

МПК является одним из существенныхпоказателей функционального состояния дыхательной и сердечно-сосудистойсистем. 

Библиография

1) Солодков А.С., Сологуб Е.Б. Физиология человека. Общая. Спортивеая. Возрастная: Учебник.-М.: Терра-спорт, Олимпия пресс, 2001.- 520с., ил.

2) Физиология дыхания / Отв. ред.И.С. Бреслав и Г.Г. Исаев.-СПБ.: Наука, 1994.- 680с

3) Физиология человека. (Учебникдля институтов физической культуры. Изд. 5-е). Под ред. Н.В. Зимкина. М., «Физкультура и спорт», 1975. 496с. с ил

4) Физиология человека: Учебник /Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько.- 2-е изд.,- М.: Медецина, 2003.-665с.: ил.: [2]л.

5) Физиологи человека. В трехтомах. Т 2. Пер. с англ./ Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса.- М.: Мир, 1996.- 313 с., ил.

6) Физиология человека. Учебник.Н.А. Агаджанян, Л.З. Тель,В.И. Циркин. Под ред, Рамн Н.А. СПб.: Сотис, 1998, 526с.