Раздел II. Физиология дыхания, пищеварения, обмена веществ и энергии

Работа 5

Исследование механизма легочного дыхания

Цель работы: Изучить причины движения воздуха через легкие при вдохе и выдохе, исследовать разницу концентрации СО₂ во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Для работы необходимы: Баритовая вода, резиновая перчатка, стеклянная банка на 0,5 л с отверстием в дне, две пробки с двумя трубками и одна пробка с тремя трубками, самодельный манометр, тройник, пластилин, резиновые и стеклянные трубки, зажим, штатив с 2-мя лапками, спирт. Объект исследования – студенты.

Ход работы:

1. Модель дыхательных движений (Модель Дондерса).

Соберите модель грудной полости. Для этого поверните банку вверх дном и закройте снаружи отверстие в её дне пробкой с двумя трубками. Через внутреннюю полость банки вставьте свободный конец канюли с легкими в одну из трубок. Поверните банку вниз дном. Наружный конец второй трубки соедините с водным манометром для регистрации давления внутри банки. Натяните на отверстие банки резиновою перчатку, которая будет выполнять роль диафрагмы. Заметьте уровень воды в обоих коленах манометра. Осторожным движением слегка вводите перчатку в полость банки и отметьте изменения объема легких и уровня воды в обоих коленах манометра, Опустите перчатку вниз и вновь пронаблюдайте за изменением объема легких и показаниями манометра. Повторите несколько раз движения перчаткой, объясните причину колебания уровня воды в манометре и изменения объема легких при этом.

2. Модель "дыхательных клапанов Мюллера"

Соберите модель, демонстрирующую разное содержание углекислого газа во вдыхаемом  и выдыхаемом воздухе следующим образом. Укрепите две пробирки в штативе на одном уровне. Налейте в каждую из них на 1/3 баритовой воды. Закройте обе пробирки пробками, в которые вставлены по две стеклянные трубочки разной длины. С помощью двух кусочков резиновой трубки соедините длинную стеклянную трубку одной пробирки и короткую стеклянную трубку другой с тройником. Третий конец тройника соедините резиновой трубкой с маленькой воронкой, которая будет выполнять роль мундштука. Протрите воронку-мундштук спиртом и осторожно через неё сделайте вдох и выдох. Обратите внимание на движение пузырьков воздуха через баритовую воду то в одной, то в другой пробирке. Поставьте черный экран за клапанами Мюллера и проведите наблюдения. Отметьте, через какой из клапанов осуществляется вдох, через какой выдох и в какой пробирке баритовая вода интенсивнее помутнеет в результате нескольких дыхательных движений. Объясните наблюдаемые различия.

Оформление результата работы: Зарисуйте модель Дондерса и клапаны Мюллера.

Работа 6

Спирометрическое исследование функций внешнего дыхания.

Цель работы. Изучить основные лёгочные объёмы в покое и при форсированном дыхании.

При спокойном дыхании во время каждого дыхательного движения обменивается небольшая часть находящегося в лёгких воздуха: 300 - 500 мл - это дыхательный объём (ДО). Дыхательный объём – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании.

После выдоха при спокойном дыхании в лёгких ещё остаётся некоторое количество воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть при усиленном выдохе. Этот объём составляет 1000-1500 мл воздуха и называется резервным объёмом выдоха. Резервный объём выдоха – это максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха (РОвыд).

Кроме того, при спокойном дыхании после вдоха можно ещё дополнительно ввести в лёгкие 1500-2000 мл воздуха, это резервный объём вдоха. Резервный объём вдоха - это максимальный объём воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного вдоха (РОвд ).

Сумма резервного объёма вдоха и выдоха, и дыхательного объема получающаяся при максимальном выдохе после максимального вдоха называется – жизненной ёмкостью лёгких (ЖЕЛ).

ЖЕЛ = РОвыд + РОвд + ДО

Все лёгочные объёмы имеют определённое физиологическое значение. Дыхательный объём, или глубина дыхания, является важным фактором поддержания парциального давления кислорода и углекислоты в альвеолярном воздухе на необходимом уровне. Резервный объём вдоха определяет способность лёгких к добавочному расширению. Резервный объем выдоха определяет степень постоянного растяжения лёгких.

У здоровых людей величина ЖЕЛ колеблется в очень широких пределах: от 1800 до 7200 мл. У женщин ЖЕЛ составляет в среднем 2500 4000мл, у мужчин 3500-5000 мл, У некоторых лиц высокого роста (например: у баскетболистов) ЖЕЛ достигает 9000 мл. Величина ЖЕЛ зависит от пола, роста, веса, возраста, рода занятий, а также общего состояния организма. Существуют нормативные значения ЖЕЛ, которые получают при статистической обработке результатов обследования большого количества здоровых лиц. Эти нормативные значения ещё называют должными величинами. Должную величину жизненной ёмкости лёгких (ДЖЕЛ) можно получить расчётным путём, используя различные способы. Один из наиболее простых вариантов расчета – формула Веста:

ДЖЕЛ = Рост  25 (у мужчин),

ДЖЕЛ = Рост  20 (у женщин),

где рост выражен в см, ДЖЕЛ в мл. Для расчёта ДЖЕЛ у детей используется формула Людвига:

ДЖЕЛ = Возраст  200 в мл.

Допустимыми отклонениями от должной величины считается разница показателя ЖЕЛ не более, чем ±15%.

Кроме того, важным показателем является относительная величин ЖЕЛ, так называемый жизненный показатель, его величина выражается отношением ЖЕЛ (мл) к весу тела (кг); в норме этот показатель должен составлять 50-60 для здоровых и не спортсменов (для спортсменов ЖЕЛотн = 70-90).

Задание 1. Определение лёгочных объёмов и их оценка в покое.

В течение 15 секунд измеряйте частоту дыхательных движений у испытуемого в покое, в конце 15-й секунды предложите сделать спокойный выдох в мундштук спирометра (предварительно обработав его спиртом); желательно зажать нос пальцами или специальным зажимом. Запишите показатель дыхательного объёма со шкалы спирометра в протокол и попросите испытуемого сделать дополнительный выдох (максимально возможный выдох сразу после спокойного выдоха, не вынимая спирометра изо рта). Полученный на шкале спирометра результат является суммой ДО и РОвыд

Измерьте жизненную ёмкость лёгких, для этого нужно сделать спокойный вдох и выдох, а затем максимально вдохнув воздух, сделайте максимальный выдох в мундштук спирометра. Рассчитайте величину резервного объёма вдоха (РОвд), исходя из известных величин ЖЕЛ, ДО и РОвыд

РОвд = ЖЕЛ – (ДО + РОвыд)

Запишите полученные данные в протокол, дайте оценку полученным дыхательным объёмам, определите ДЖЕЛ и сравните свой показатель ЖЕЛ с должной в величиной; определите жизненный показатель и оцените его величину.

Задание 2.Оценка лёгочной вентиляции.

Под лёгочной вентиляцией понимают циркуляцию воздуха между наружным и альвеолярным воздухом. Лёгочная вентиляция, обновляя альвеолярный воздух, поддерживает в нём такое парциальное давление кислорода и угольной кислоты, которое обеспечивает нормальный газообмен. Мерой лёгочной вентиляции является минутный объём дыхания (МОД):

МОД = ДО  ЧДД

где ДО – дыхательный объём в покое, ЧДД. – частота дыхательных движений в минуту в покое. Подсчитайте величину МОД у испытуемого, воспользовавшись данными ДО и ЧДД из результатов задания 1.

У здоровых людей частота дыхания в покое колеблется от 8 до 18 в минуту (12-18 у не спортсменов, 8-12 у спортсменов). Глубина дыхания колеблется от 300 до 800 мл. При физической нагрузке повышается потребность организма в кислороде, ДО и ЧДД при этом повышаются, соответственно повышается и величина МОД. Однако изменения МОД при физической нагрузке может происходить за счёт различного вклада повышения параметров ДО и ЧДД. У тренированных людей повышение МОД обеспечивается в большей степени повышением ДО, чем ЧДД, и энергетически это более выгодно для работы дыхательной системы. Изложенное иллюстрирует следующий пример: глубокое редкое дыхание с ДО = 600 мл и ЧДД = 10 сравните с поверхностным дыханием с ДО = 300 мл и ЧДД =20; и в том и в другом случае МОД = 6000 мл, однако, в первом случае в альвеолах: обменивается 4600 мл (140  10 = 1400 мл- объём мёртвого пространства), а во втором лишь 3200 мл (мёртвое пространство 140  20 = 2800 мл). Таким образом, редкое и глубокое дыхание не только более экономно расходует энергию на работу дыхательного аппарата, но и обеспечивает большим количеством воздуха, обменивающегося в альвеолах.

Функциональные возможности внешнего дыхания определяются величиной максимальной лёгочной вентиляции (МВЛ), которая может быть достигнута при максимальной физической работе. Чем больше разница между величиной МВЛ и МОД, тем выше функциональные возможности лёгочного аппарата, поэтому эту разницу ещё называют объёмом резервного дыхания (РД):

РД = МВЛ – МОД.

Определите в величину МВЛ испытуемого с помощью спирометра при форсированном дыхании. Для этого попросите испытуемого дышать в течение 15 секунд с максимально возможной глубиной вдоха и выдоха в максимально быстром темпе. Посчитайте количество дыхательных движений за 15 секунд и пересчитайте их в одну минуту (умножив на 4 результат). В конце 15-й секунды попросите сделать выдох в мундштук спирометра и запишите результат ДОфорс. Вычислите величину МВЛ.

МВЛ = ДОфорс  ЧДДфорс.

Определите резервный объём дыхания и оцените функциональные возможности лёгких испытуемого, исходя из того, что у взрослого здорового человека резерв дыхания в 14 раз больше его МОД.

Максимальную вентиляцию также можно оценить с помощью нормативных величин. Определите должную величину максимальной вентиляции лёгких с помощью формулы Соринсона:

ДМВЛ = ДЖЕЛ  26 – для мужчин;

ДМВЛ = ДЖЕЛ  25 – для женщин.

Показания ДМВЛ испытуемого не должны отличаться от должной величины ДМВЛ более чем на 15%.

Сделайте вывод о функциональном состоянии лёгочного аппарата испытуемого, при необходимости дайте рекомендации.

В приложении 1 (табл. 1) приведены данные основных показателей внешнего дыхания взрослых и детей в различные возрастные периоды. Сравните свои данные по дыхательному резерву с приведёнными в таблице и сделайте вывод о степени развития своих лёгких.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1  

Таблица 1.     

Возрастные изменения лёгочных объёмов.

Показатели внешнего дыхания (л)	Возрастные периоды
	1	2	3	4	5	Взрослые
ДО	0,03	0,1	0,15	0,23	0,4	0,5
ЖЕЛ				1,3-1,8	2,0-3,8	3,5
ЧДД	48	30	25	20	16-18	16-18
МОД	1,300	3,000	3,5-4,0	4,5-4,6	5,5	6,0-8,0
МВЛ	1,300	4,000	32	48	75	75-150
РД	0	1,000	28	43	70
РД (в МОД)	0	3 МОД	7 МОД	9 МОД	14 МОД	14 МОД

Работа 7.