Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный государственный Университет физической культуры,
спорта и здоровья
имени П.Ф.Лесгафта, Санкт-Петербург»
Кафедра физиологии
Учебно-исследовательская работа студента №1
«Исследование функционального состояния внешнего дыхания при работе разной мощности и характера»
Выполнил:
Студент 3 курса Факультета ЛОВС
Кафедры спортивных игр 8 группы
Котов Н.С.
Санкт-Петербург
2015
Содержание
Введение 1стр
I Глава.
1.1. Физиологическая характеристика параметров внешнего дыхания. 2-4
1.2. Характеристика работ разных мощностей по классификациям 4-7
Глава II
2.1. Огранизация исследования 8
2.2. Методы исследования 8
2.3. Методика..............................................................................................................8-9
Глава III.
3.1. Статическая нагрузка 10
3.2. Максимальная и субмаксимальная мощность. 10-11
3.3. Умеренная мощность..........................................................................................12
3.4. Переменная мощность........................................................................................13-14
Выводы 15
Список использованной литературы 16
ГЛАВА I
Физиологическая характеристика параметров внешнего дыхания.
Дыхание - это сложный и жизненно важный биологический процесс, обеспечивающий связь организма с внешней средой. Нарушение дыхания может стать причиной серьезных заболеваний.
Изменения дыхания в соответствии с потребностями организма достигаются посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, который расположен в продолговатом мозгу. Вентиляция легких может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от афферентных сигналов, приходящих к дыхательному центру постоянно поступают импульсы от коры больших полушарий и образуются временные нервные связи по механизму условных рефлексов. Они имеют большое значение для формирования дыхания у спортсменов в процессе специальных движений.
Наряду и в единстве с нервной регуляцией дыхания осуществляется и регуляция гуморальным путем: изменения дыхания достигаются в результате изменений химического состава крови, влияющего на разнообразные рецепторы и тканях тела и на первые клетки дыхательного центра.
Мышечная работа всегда связана с увеличением газообмена, поскольку энергия черпается в процессе окисления органических средств. Изменения дыхания весьма отчетливы даже при физических нагрузках, выполняемых малыми мышечными группами. При выполнении легкой работы обмен газов может повыситься в 2-3 раза, а при тяжелой в 20-30 раз по сравнению с уровнем покоя. Исключительно большой удельный вес потребления кислорода при работе зависит не только от его потребления мышцами, непосредственно участвующими в выполнении движений, но и от потребления кислорода мышцами, обеспечивающими высокую легочную вентиляцию, а также мышцей сердца и другими тканями тела.
Согласованность дыхания и движений осуществляется весьма сложной системой приспособительных изменений в организме, прежде всего в связи с биомеханическими условиями при различных движениях. (Гандельсман А.Б. 1963).
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. 3,5-5 литров, у спортсменов достигает 6 литров. ЖЕЛ складывается из :
Дыхательного объема - количество воздуха, проходящего через легкие при спокойном вдохе (выдохе) 400-500 мл.
Резервных объемов вдоха и выдоха
- воздух, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха (1,5-3 литра)
- объем воздуха, который можно выдохнуть после обычного вдоха (1-1,5 литра).
Остаточный объем - количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха (1-1,2 литров). (Солодков А.С. 2001).В покое человек делает 10-14 дыхательных циклов в минуту, минутный объем дыхания (МОД) составляет 6-8 литров. В состав дыхательного воздуха входит - мертвое пространство, образованное воздухоносными путями (полости рта, носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов), не участвующими в газообмене. В процессе газообмена между организмом и атмосферным воздухом большое значение имеет вентиляция легких, обеспечивающая обновление состава альвеолярного газа. Интенсивность вентиляции легких зависит от глубины и частоты дыхания. При МОД 6-8 литров в минуту, на работу дыхательных мышц расходуется 5-10 мл/мин кислорода. При физических нагрузках, когда МОД 150-200 л/мин, на работу дыхательных мышц требуется около 1 литра кислорода. Высокая кислородная стоимость дыхания невыгодна для организма, так как кислород не может использоваться для полезной работы. Легочная вентиляция ее значение состоит в поддержании относительного уровня парциального давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе. Регуляция внешнего дыхания представляет собой процесс физиологического управления легочной вентиляцией для обеспечения оптимального газового состава внутренней среды организма в постоянно меняющихся условиях его жизнедеятельности. Основную роль играют в регуляции дыхания рефлекторные реакции, возникающие в результате возбуждения специфических рецепторов, заложенных в легочной ткани, сосудистых рефлексогенных зонах и скелетных мышцах. Центральный аппарат регуляции дыхания представляют нервные образования спинного, продолговатого мозга и вышележащих сегментов ЦНС. (Солодков А.С. 2006).
Активность окислительных процессов тем больше, чем больше мощность выполняемой работы. Это прослеживается в строгих лабораторных условиях, в которых увеличение мощностей сопровождается почти линейным повышением потребления кислорода. Однако в естественных условиях часто не наблюдается строгой пропорциональности между мощностью работы и величиной потребления кислорода. Это может
быть связано с различным режимом выполняемой работы, когда одна и та же мощность достигается либо путем учащения темпа при малом отягощении, либо путем увеличения перемещаемого груза при редком темпе работы. В ряде случаев оказывается, что при одной и той же мощности работы потребление кислорода увеличивается в зависимости от нарушения координации движений или при недостаточном использований инерционных сил (например, при беге на коньках). Это зависит от вовлечения в двигательную деятельность мышц, не имеющих непосредственного отношения к данной работе, а также от дополнительного усиления деятельности дыхательной мускулатуры и мышцы сердца, что приводит к повышению потребления кислорода и к понижению коэффициента полезного действия при выполнении работы. Возможны соотношения и обратного порядка, когда увеличение мощности работы достигается без увеличения потребления кислорода, или даже при понижении кислородной стоимости движений за счет более экономной координации движений, лучшего использования инерционных сил при более экономной работе дыхательных и сердечных мышц. Такие изменения экономичности работы происходят постоянно в процессе изменения тренированности спортсменов. (Новикова Д.А. 1973 г.)
Частота и глубина дыхания
Широкое распространение получило мнение о целесообразности редкого (22-26 цикл/мин) и глубокого дыхания. Однако во время выполнения физических упражнений циклического характера трудно произвольно урежать дыхание. По мере повышения частоты дыхания (что является естественной реакцией организма) уменьшается его глубина, но величина МОД продолжает увеличиваться.
Газообмен между легкими и окружающей средой осуществляется за счет вдоха и выдоха. При вдохе объем легких увеличивается, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух поступает в дыхательные пути. Этот процесс носит активный характер и обусловлен сокращением наружных межреберных мышц и опусканием (сокращением) диафрагмы, в результате чего объем легких возрастает на 250-300 мл. Во время выдоха объем грудной полости уменьшается, воздух в легких сжимается, давление в них становится выше атмосферного, и воздух выходит наружу. Выдох в спокойном состоянии осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох происходит вследствие сокращений внутренних межреберных мышц, частично - за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса. (Сафонов В.А. 2006 г.).
1.2 Физиологическая характеристика работы разной мощности (максимальной, субмаксимальной, умеренной, статическая нагрузка и переменной мощности).
Основная характеристика работы максимальной мощности – то, что она может совершаться лишь кратковременно (10 – 20с.), в анаэробных условиях.
Кислородный запрос в пересчете на единицу времени, составляет 40 л /мин. (8 –13л. за 10 – 20с.), а кислородный долг – около 8л. Повышение уровня молочной кислоты, усиление дыхания и работы сердца при этой работе незначительны. Данная работа отличается предельным уровнем энергозатрат в единицу времени 4ккал/с. (суммарный расход – всего 8 ккал.). Нервная система работает в предельном режиме, нейроны посылают эфферентные импульсы с высокой частотой и получают высокочастотный поток эфферентных импульсов от работающих мышц, развивается стойкая деполяризация клеточных мембран, снижается возбудимость и лабильность нервных клеток, расходуются запасы АТФ креатинфосфата (КРФ). Такая работа относятся к анаэробным алактатным нагрузкам. В результате активного выхода из печени углеводов,в крови обнаруживается повышенное содержание глюкозы – гипергликемия. Ведущими системами организма являются Ц.Н.С. и двигательный аппарат.
Основные физиологические резервы, мобилизуемые при работе максимальной мощности, связаны с возможностью сонастройки отдельных нейронов на высокий темп активности и поддержания этого темпа во всей системе управления движениями, с особенностями обмена в мотонейронах и мышцах, в частности, со скоростью ресинтеза АТФ, с возможностью максимальной мобилизации резервов кислорода, способностью мышечных волокон быстро сокращаться и расслабляться, а также с медиаторным обменом, определяющим предельную скорость и правильность передачи информации в нервной системе и от нерва к мышце. Гуморальные механизмы регуляции функции существенного значения в данном случае не имеют. ЧСС у спортсменов 150 – 200 ударов в минуту.
Работа субмаксимальной мощности может продолжаться до 3 – 5 минут, вызывая при этом максимальные сдвиги в деятельности ССС с ДС (так называемой кардиореспираторной системе). Нагрузка аэробно – анаэробного характера. Ведущими физиологическими системами являются кислородно -транспортные системы – кровь, кровообращение и дыхание, а также Ц.Н.С. продукты интенсивного гликолиза успевают продиффундировать в кровь, в
результате чего концентрация молочной кислоты в крови может достигнуть 250 мг.%, а РН снижается до 7.0. При этом наблюдается расширение сосудов в работающих мышцах, повышение максимального артериального давления (до 180 – 240 мм.рт.ст.), усиление и учащение сердечной деятельности (до 180 ударов/мин.), перераспределение крови в организме, а также учащение и углубление дыхания, нарастание легочной вентиляции (до 150 л/мин.). У высококвалифицированных спортсменов кислородный долг может достигнуть максимальных величин - 20 л. Отношение потребления кислорода к кислородному запросу при данной работе составляет 1/3, расход энергии в единицу времени – 1,5 – 0,6 ккал./с., а суммарный расход – до 450 ккал., что требует около 100 гр. глюкозы.
Основными физиологическими резервами, мобилизуемыми при работе субмаксимальной мощности, являются резервы поддержания гомеостаза, а также резервы совершенствования корковых систем управления движениями. Большое значение имеет не только нервная, но и гуморальная регуляция функций. Энергозатраты лимитируют выполнение этой работы. Также физиологические резервы определяются мощностью гликолиза и ёмкостью буферных систем крови, усилением дыхания, устойчивостью первых центров к гипоксии (недостатку кислорода).
Работа умеренно мощности может продолжаться от 20 – 40 минут до нескольких часов. Энергообеспечение осуществляется исключительно аэробным путём, причём по мере расходов глюкозы происходит переход на окисление жиров. Резервы глюкозы в печени резко уменьшаются, а уровень глюкозы в крови падают от 110 – 80мг.% до 50 – 40 мг. %. При этой работе характерно значительное усиление функций желез внутренней секреции, особенно надпочечников. Длительная, монотонная работа приводит также к запредельному торможению в ЦНС. Эта работа отличается соответствием между запросами и потреблением кислорода. Накопление молочной кислоты недоокисленных продуктов невелико. Кислородный долг составляет всего около 4,0л. Усиление потоотделения ведёт к потере воды и солей. Суммарные энергозатраты огромны – до 2 – 3 тыс. ккал. и более, что требует до 1500г. и более глюкозы. Ведущее значение имеют большие запасы углеводов, предотвращающие гипогликемию и функциональную устойчивость ЦНС к монотонии. ЧСС от 160 – 180 уд/ мин.
Основными физиологическими резервами при этой работе являются, в первую очередь резервы глюкозы, воды, солей и механизмы их мобилизации,
механизмы поддержания гомеостаза и стабильного поддержания функциональной системы управления движениями или охранительному торможению.
Работая в условиях неподвижной позы человек, выполняет статическую работу. При этом его мышцы работают в изометрическом режиме и их механическая работа равна нулю, так как отсутствие перемещение тела и его частей. Однако с физиологической точки зрения человек испытывает определённую нагрузку, его работа может оцениваться по длительности выполнения. В центральной нервной системе создаётся мощный очаг возбуждения – рабочая доминанта, которая оказывает влияние на другие нервные центры, частности тормозящее влияние на центры дыхания и сердечной деятельности. Статические напряжения весьма утомительны и не могут поддерживаться длительное время.
В двигательном аппарате при статической работе наблюдается непрерывная активность мышц.
При 20 % статических усилий кровообращении через минуту уменьшается в 5 – 6 раз. А при усилиях более 30 % от максимальной, произвольной силы - прекращается вовсе.
Артериальное давление в мышцах 400 –500 мм. ртутного столба. Изменение вегетативных функций демонстрирует так называемый феномен статических усилий (Снижение кровотока и уменьшение потребления кислорода во время статических поз вследствие механической компрессии сосудов в сильно напряженных мышцах, прекращения функции мышечного "насоса", а в ряде случаев - частичного или полного прекращения внешнего дыхания.), глубина и минутный объём дыхания уменьшается, падает ЧСС и потребление кислорода, а после окончания работы наблюдается резкое повышение этих показателей.
Работа переменной мощности особенно характерна для спортивных игр и единоборств, она наблюдается и при стандартных ациклических упражнениях – в гимнастике, акробатике, фигурном катании и др., а также при рывках, спуртах, финишировании в циклических упражнениях.Каждое изменение мощности работы требует нового сдвига активности различных органов и систем организма спортсмена. При этом быстрые изменения в деятельности ЦНС и двигательного аппарата, не могут сопровождаться такими же быстрыми перестройками вегетативного обеспечения работы. На этот переходный процесс затрачивается некоторое время, так называемое время задержки. В это
время ткани организма испытывают недостаточность кислородного снабжения, и возникает кислородный долг. Чем больше спортсмен адаптирован к работе переменной мощности, тем меньше у него время задержки, т. е. быстрее возникают сдвиги в дыхании, кровообращении, энерготратах и накапливается меньший кислородный долг. Вегетативные системы у адаптированных спортсменов становятся более лабильными – они легче повышают функциональную активность при повышении мощности работы и быстрее успевают восстанавливаться при каждом ее снижении, даже в процессе работы. Восстановление по ходу работы не доводит функциональные показатели до уровня покоя, а сохраняет их на некотором оптимальном уровне.