Задание для студентов Лабораторная работа №6

«Определение по ударному объёму крови сердца энергозатрат, кпд , расхода кислорода, при совершении механической работы.»

Цель работы:На основании параметров функционирования сердечно-сосудистой системы (V_уд, МОК,f) при различных состояниях – в покое и после выполнения физической работы, определить количество энергии затрачиваемое организмом на выполнение физической работы и расход кислорода, найти кпд при выполнении механической работы.

.

Вопросы теории (исходный уровень):

Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Течение вязкой жидкости, формулы Ньютона и Пуазейля. Гидродинамическое сопротивление..( лекция №5)

Реологические свойства крови. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме. Распределение давления крови по сосудистой системе. Роль эластичности сосудов, особенности течения крови по крупным и мелким кровеносным сосудам.пульсовая волна. Работа и мощность сердца. (лекция №6).

Применение уравнения Бернулли для исследования кровотока в крупных артериях и аорте (закупорка артерии, артериальный шум, поведение аневризмы). Распределение скорости кровотока и кровяного давления в большом круге кровообращения. Методы определения давления и скорости крови. (самостоятельная подготовка)

Содержание занятия:

1. Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.

2. Оформить отчет.

3. Защитить работу с оценкой.

4. Решить задачи.

Задачи.

1. Определить, сколько процентов от суточного расхода энергии человека (2700 ккал) затрачивается сердцем на перемещение крови при частоте пульса 70 ударов в минуту, учитывая, что среднее давление в левом желудочке равно 90мм рт. ст., а в правом в 6 раз меньше. Количество крови, выбрасываемое каждым желудочком, считать равным 60мл, а скорость кровотока в обоих случаях 0,4м/сек.

2. Сердце человека, находящегося в покое, за 1 миннагревает в аорту 5лкрови против среднего давления 90мм рт. ст., а при физической нагрузке – 25лпротив среднего давления 140мм рт. ст.Определить, во сколько раз возрастает работа, совершаемая сердцем при нагрузке. Кинетической энергией крови пренебречь.

3. Определить мощность сердца в момент систолы, если за 0,15 секоно нагнетает 60млкрови против давления, среднее которого равно 90мм рт. ст. Кинетической энергией пренебречь.

4. Определить вязкость плазмы крови, если время ее протекания в вискозиметре Оствальда составило 24,6 сек, а дистиллированной воды – 13сек. Опыт проводился при температуре 30⁰С.

5. Какой объем крови проходит через капилляр диаметром 8 мк и длиной 0,5 мм в течение часа, если давление на артериальном конце капилляра 30, а на венозном 10 мм рт. ст.

6. При нормальной частоте сокращений сердца полный кругооборот крови происходит за 60 сек. Считая объем крови равным 5л, определить общее сопротивление кровотоку. Перепад давления в сердце принять равным 100мм рт. ст.

Лабораторная работа №6

«Определение по ударному объёму крови сердца энергозатрат, кпд , расхода кислорода, при совершении механической работы.»

В настоящее время не вызывает сомнения применение закона сохранения энергии к биологическим объектам. Калориметрические методы позволяют регистрировать все изменения количества теплоты и совершаемую работу, а также позволяет оценить дыхательный коэффициент , который указывают какие питательные вещества преимущественно окисляются при энергозатратах.

где [СО₂] – количество выделившегося углекислого газа; [О₂] – количество поглощенного кислорода.

Каждому соответствует свой энергетический эквивалент Q⁰– количества энергии, которое выделяется при поглощении 1л О_2..

Установлено , что между объёмом потреблённого биологической системой кислорода и энергозатратами существует линейная зависимость.

Значение дыхательного коэффициентов и энергетических эквивалентов Q⁰при окислении различных питательных веществ

Вещества		Q^0
		кДж/л	Ккал/л
Углеводы	1.0	21.0	5.05
Белки	0.80	18.8	4.48
Жиры	0.71	19.6	4.69

Значение теплот , выделяемых при полном окислении углеводов и жиров до СО₂и Н₂О, а также окисление белков до мочевины , имеет важное значение для расчета калорического эквивалента Q⁰пищевых продуктов. Калорический эквивалент представляет количество выделившейся теплоты, отнесенной к единице массы вещества: для жиров Q⁰+ 39000 кДж/кг (9,3 ккал/г), для углеводов- 17000 кДж/кг (4,1 ккал/г) и для белков 17000 кДж/кг (4,1 ккал/г). Измерение теплопродукции позволяют с высокой точностью оценить энергетический баланс для животных и человека.

Энергетический баланс для человека ( за сутки)

Энергия , потребляемая с питательными веществами			Теплота измеренная калориметром, Q , кДж
Питательные вещества , кг	Q^0, кДж/кг	Q, кДж
Белки – 0,0588 Углеводы- 0,0799 Жиры – 0,140	17000 17000 39000	965,8 1358,3 5460,0	Выделенная теплота-5743 Испарение через кожу – 949 Испарение через дыхание – 757 Выделение газа – 180 Моча и кал – 96 Поправки - 46
Всего:		7784,1	7771

Для оценки энергозатрат организма при выполнении механической работы важным является определение затраченного объёма кислорода .

Известно, что гемоглобин артериальной крови насыщен кислородом приблизительно на 96%. При этом ро₂в интерстициальиой жидкости, окружающей капилляры различных тканей (кроме легких), точно измерить нельзя, однако в мышцах во время покоя оно, по-видимому, составляет около 35 мм рт. ст.; рсо₂должно составлять приблизительно 50 мм рт. ст. Следовательно, 0₂диффундирует из эритроцитов через плазму в интерстициальную жидкость, а затем в клетки ткани, в то же вре­мя СО₂диффундирует в обратном направлении. Несмотря на быстрое прохождение крови через капилляры, успевает устано­виться почти полное газовое равновесие, так что возвращающаяся от тканей во время покоя венозная кровь обычно имеет рсо₂, рав­ное 46 мм рт. ст., а ро₂ в ней равно приблизительно 40 мм рт. ст. Поскольку коэффициент диффузии СО₂в 30 раз больше, чем ко­эффициент диффузии О₂, нет необходимости в том, чтобы градиент парциального давления для СО₂был бы столь же высок, как для О₂. В рассматриваемых условиях венозный гемоглобин насыщен О₂приблизительно на 64%. Уменьшение степени насыщения на 32% соответствует количеству О₂, доставленному тканям. Прини­мая, что 100 мл крови содержат 15 г НЬ (12-15 г для женщин и 13-16г для мужчин) и что каждый грамм НЬ может связать 1,34 мл О₂, находим, что

0,32 1,34 15 = 6,4 мл О₂

доставляется тканям каждыми 100 мл крови, протекающими че­рез капилляры. При нагрузке, когда р0₂в тканях па­дает, а рсо₂увеличивается, механизм доставки О₂становится более эффективным. Рассмотренный молекулярный механизм, а так­же ускорение тока крови через работающую мышцу обеспечивают при нагрузке доставку большего количества 0₂.

Энергозатраты при выполнении механической работы человеком в зависимости от пола можно определить по количеству кислорода затраченного на эту работу. Для этого необходимо знать ударный обьем сердца в период до совершения работы V₀и частоту сокращений сердца в минутуf₀, а также ударный обьем сердца сразу после совершения работыV₁и частоту сокращений сердца в минутуf₁и время в течении которого совершалась работаt₁в секундах.

Коэффициент полезного действия человека () при совершении работы определим по формуле

()=А/Q,

где А –работа,которую совершил человек при подъёме по лестнице . A_n=m•g•n•h, гдеm-масса человека,g-ускорение свободного падения,n-число ступеней,h-высота одной ступени.

Суммарные энергозатраты при совершении работы Qопределим по формуле

Q= K•19,684•t(V₁f₁-0,6V₀f₀)0,064/60000 кДж,

где: V₀- ударный обьем сердца в период до совершения работы иf₀- частота сокращения сердца в минуту, а такжеV₁- ударный обьем сердца сразу после совершения работы иf₁- частота сокращения сердца в минуту, аt- время в секундах, в течение которого совершалась работа. Коэффициент К связан с возникновением кислородной задолженности при выполнении интенсивной работы и в нашем случае равен 5.V₀иV₁- ударные обьемы сердца, которые рассчитывают по модернизированной формуле Старра.

V₀илиV₁=( 90,97 +0,54• Р_пд - 0,57•Р_д-0,61•В) •1,54 (мл) ,

где: Р_пд– пульсовое давление (Р_пд= Р_с– Р_д), Р_с– систалическое и Р_д– диастолическое давления, определяемые по методу Короткова, В – возраст человека в годах.

Кислородная задолженность при выполнении интенсивной работы определяется кислородом, потребляемым после совершения работы для превращения молочной кислоты в гликоген и восстановления нормальной концентрации креатинфосфата.

Цельработы: На основании параметров функционирования сердечно-сосудистой системы (V_уд, МОК,f) при различных состояниях – в покое и после выполнения физической работы, определить количество энергии затрачиваемое организмом на выполнение физической работы и расход кислорода, найти кпд при выполнении механической работы.

Оборудование:лестница , тонометр, секундомер, весы.

Ходработы:

1.Определить у испытуемого возраст (В) и массу (m) тела, а также расстояние на лестничной клетке между этажами ( Н=nh). Где Н расстояние между этажами,n– число ступенек между этажами,h– высота ступенки. Данные занести в таблицу.

2. Измерить у испытуемого в состоянии относительного покоя (в состоянии сидя без совершения каких-либо движений) артериальное давление Р_с – систалическое , Р_д- диасталическое, частоту пульсаf. Данные занести в таблицу. ( 1 пок)

3. Испытуемому совершить работу путем подъема на один этаж по лестнице в спокойном состоянии, измеряя время tподъема. Сразу по окончанию подъема измерить артериальное давление, Р_с,, Р_д,,f. Данные занести в таблицу. (1 оп)

4. Отдохнуть 5 минут, и после отдыха измерить артериальное давление, Р_с,, Р_д,,f. Данные занести в таблицу. (2 пок)

5. Испытуемому совершить работу путем подъема на один этаж по лестнице со скоростью примерно в 2 раза больше чем в спокойном состоянии, измеряя время tподъема. Сразу по окончанию подъема измерить артериальное давление, Р_с,, Р_д,,f. Данные занести в таблицу.(2 оп)

6. Отдохнуть 5 минут, и после отдыха измерить артериальное давление, Р_с,, Р_д,,f. Данные занести в таблицу. (3 пок)

7. Испытуемому совершить работу путем подъема на один этаж по лестнице бегом, измеряя время tподъема. Сразу по окончанию подъема измерить артериальное давление, Р_с,, Р_д,,f. Данные занести в таблицу. (3 оп)

8. По полученным результатам, определить по формулам энергетические затраты при совершении работы по подъему на один этаж результаты представить в таблицу.

9. Определить коэффициент полезного действия организма при совершении работы. Сделать вывод.

№ оп	H	m	t	f,	Pс,	Pд	V0	V1	Qосн	η	B
1 пок
1 оп
2 пок
2 оп
3 пок
3 оп