Физиология дыхания Занятие №1 Тема: Процесс дыхания, его функции. Внешнее дыхание и его роль в поддержании оптимального уровня кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе. Газообмен и транспорт газов кровью. Цель занятия: Изучить биомеханику вдоха и выдоха. Обучить студента определению показателей внешнего дыхания. Изучить закономерность транспорта газов в организме. Вопросы для самоподготовки. 1. Сущность и стадии дыхания. 2. Биомеханика дыхательных движений (роль дыхательных мышц, движений ребер, альвеолярного, внутриплеврального и транспульмонального давлений) в механизме внешнего дыхания. 3. Пневмоторакс и вызываемые им изменения биомеханических параметров. Физиологическая роль сурфактанта. 4. Лёгочная вентиляция. Лёгочные объемы и емкости. Частота дыхания. 5. Анатомическое и альвеолярное мертвое пространство. Значение воздухоносных путей. Газовый состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. 6. Относительное постоянство газового состава альвеолярного воздуха и его значение. Механизмы, обеспечивающие его постоянство. 7. Механика дыхания (растяжимость легких, сопротивление дыхательных путей, работа дыхания). 8. Диффузия газов через аэрогематический барьер и в тканях. Значение работ И.М. Сеченова. Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе, в артериальной и венозной крови, в межтканевой жидкости и тканях. 9. Газообмен и транспорт О2. Кривые диссоциации оксигемоглобина. Кислородная емкость крови. Коэффициент утилизации О2 в различных условиях. 10. Газообмен и транспорт СО2. Значение карбоангидразы. Задания для самостоятельной работы и демонстрации. 1. Изучить биомеханику вдоха и выдоха на модели Дондерса. 2. Определить жизненную емкость легких и легочные объемы методами спирометрии и спирографии. 3. Определить минутный объем дыхания (МОД) у человека при различных функциональных состояниях организма (в состоянии покоя и при физической нагрузке) методами: спирографии, спирометрии и с помощью мешка Дугласа. 4. Графически зарегистрировать дыхательные движения грудной клетки при различных функциональных состояниях организма методом пневмографии. 5. Определить максимальную скорость воздушного потока при форсированном вдохе и выдохе методом пневмотахометрии. 6. Видеофильмы: ”Физиология внешнего дыхания “ и “Транспорт газов кровью“. Обязательная литература. 1. Физиология человека. Под редакцией В.М. Покровского, Г.Ф. Коротко, том 1 . Изд. ”Медицина”, М.1997, стр. 401 – 422. 2. Практикум по нормальной физиологии. Под редакцией Н.А. Агаджаняна, А.В. Коробкова. Изд. “Высшая школа”. М. 1983, стр. 97 –104. 3. Руководство к практическим занятиям по физиологии. Под редакцией Г.И. Косицкого, В.А. Полянцева. Изд. “Медицина”. М. 1988, стр. 184 – 185. Ситуационные задачи. 1. Два человека (одного возраста и телосложения) участвуют в беге на 1000м. В конце дистанции МОД у первого составляет 12 л. при частоте дыхания 40 в мин. У второго – 12 л. при частоте дыхания 60 в мин. Кто из этих людей является более тренированным? За счет чего возрастает МОД у тренированного и нетренированного человека? 2. Человек помещался в барокамеру, давление в которой 758 мм рт. ст. Какова величина внутриплеврального давления у человека в момент вдоха и выдоха? 3. При сперометрии найдено, что ЖЕЛ испытуемого равна 4100 мл., а объем дополнительного и резервного воздуха составляет 1800 мл каждый? Каков МОД, если частота дыхания составляет 16 в мин? 4. За счет аппарата искусственного дыхания вредное пространство увеличилось до 250 мл. Рассчитать, какая часть альвеолярного воздуха, обновляется во время каждого вдоха (дыхательный воздух – 500 мл, остаточный – 1000 мл, резервный – 1500 мл) 5. В герметической барокамере давление понизилось до 400 мм рт. ст. Как изменится дыхание человека в этой камере и механизмы его обуславливающие? Занятие №2. Тема: Регуляция внешнего дыхания. Особенности дыхания при физической нагрузке и при измененном парциальном давлении О2. Цель занятия: Изучить структуру и локализацию дыхательного центра, узловые механизмы саморегуляции дыхания и механизмы изменения внешнего дыхания при повышении и понижении барометрического давления. Вопросы для самоподготовки. 1. Структурно-функциональная организация дыхательного центра. Автоматия дыхательного центра. 2. Генерация дыхательного ритма. 3. Рефлекторная регуляция дыхания. Механизмы смены дыхательных фаз. Координация дыхания с другими функциями организма. 4. Гуморальная регуляция дыхания. Роль углекислоты, кислорода и рН крови. Механизм первого вдоха новорожденного ребенка. 5. Особенности дыхания при физической нагрузке. 6. Дыхание при пониженном барометрическом давлении. Виды гипоксии. 7. Дыхание при высоком давлении, при дыхании чистым кислородом. 8. Диспноэ и патологические типы дыхания. 9. Недыхательные функции легких. Занятия для самостоятельной работы и демонстрации. 1. Определить степень насыщения крови кислородом оксигемометрии в покое, при гипо- и гипервентиляции. 2. Провести наблюдения за влиянием пониженного барометрического давления на организм мыши. Обязательная литература. 1. Физиология человека. Под редакцией В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько, том 1 .Изд. “Медицина”, М. 1997, стр. 422 – 442. 2. Практикум по нормальной физиологии. Под ред. Н.А. Агаджаняна, А. В. Коробкова. Изд. “Высшая школа”. М. 1983, стр. 108 - 109. 3. Руководство к практическим занятиям по физиологии. Под ред. Г.И. Косицкого, В.А. Полянцева. Изд. “Медицина”. М. 1988, стр. 200 – 201. 4. Методические указания к практическим занятиям по нормальной физиологии. Изд. СГМА, Ставрополь. Методическое указание. Задание №2. Ход работы: 1. Под колпак насоса Камовского помещается высотометр и белую мышь. Щель под колпаком герметизируется пластилином или вазелином. Регистрируется время и начинается постепенное откачивание воздуха из-под колпака. Проводится наблюдение за показаниями высотометра, поведением животного и изменениями ритма и частоты дыхания. При первой фазе гипоксемической гипоксии отмечается учащение дыхания, вызванное снижением парциального давления О2 во вдыхаемом воздухе. Животное становится беспокойным. Вторая фаза гипоксии – появляется поверхностное и дыхание Чейн-Стокса, вызванное снижением напряжения СО2 в крови, за счет увеличения легочной вентиляции. Возникает порочный круг (гипоксия, сначала вызвавшая повышенную деятельность дыхательного центра, приводит в дальнейшем к его недостаточной деятельности, а наступающая вследствие этого недостаточность дыхания еще более увеличивает гипоксию). Нарушается координация движений. Шерсть поднимается, становится влажной, слизистые принимают синеватую окраску. Третья фаза гипоксии – животное занимает боковое положение. Дыхание резкое, прерывистое, судорожное. Гибель животного наступает вследствие паралича дыхательного и сосудодвигательного центров. 2. Под колпак помещают другую мышь, которая находится под неглубоким наркозом (эфирным). Ход проведения опыта тот же, что и в первой части. Наблюдают те же три фазы гипоксии, но при иных показаниях высотометра. Ситуационные задачи. 1. Больному с редким поверхностным дыханием дают дышать смесью О2 (96 – 97%) и СО2 (4%): а) обязательно ли наличие СО2 в данном случае? б) целесообразно ли дальнейшее увеличение содержания СО2 в смеси? 2. Чем объяснить, что насыщение крови О2 у плода повышено по сравнению с насыщением крови О2 у взрослого человека? 3. У больного резко снизилось количество эритроцитов. Как изменится при этом содержание диссоциированной в плазме угольной кислоты? 4. Как изменится дыхание испытуемого, если во вдыхаемом воздухе повышается содержание О2? 5. Какой вид гипоксии возникает у больного с острым кровотечением? 6. Какими путями будет осуществляться поддержание постоянства газовой среды организма, если человек длительное время пребывает в условиях высокогорья? 7. Какими путями будет осуществляться поддержание постоянства газового состава крови при кратковременной мышечной работе? Физиология обмена веществ и энергии. Питание. Терморегуляция. Занятие №1. Тема: Превращение энергии. Общий и основной обмен энергии. Теоретические основы питания. Механизмы теплообразования и теплоотдачи. Цель занятия: Дать понятие энергетическому балансу организма и превращению энергии в процессе обмена веществ. Изучить общий и основной обмены человека. Научить методике определения энергетического обмена у человека, расчёту должной величины основного обмена, принципу составления пищевого рациона. Изучить механизмы терморегуляции. Вопросы для самоподготовки: 1. Превращение энергии и общий обмен веществ. Виды энергии в организме. Законы термодинамики, их значение для физиологии. 2. основной обмен энергии, его должные величины и определяющие его факторы. Правило поверхности. Диагностическое значение основного обмена. Методы исследования. 3. Энергетические затраты организма при различных видах труда. Специфически – динамическое действие пищи. Регуляция обмена энергии. 4. Методы исследования энергообмена (прямая и непрямая калориметрия, исследование валового обмена). 5. Дать определение калорическому эквиваленту кислорода, дыхательному коэффициенту. Их величины и значение в энергетическом обмене. 6. Питание. Калорические коэффициенты питательных веществ. Усвояемость пищи. Изодинамия питательных веществ, нормы питания. Принципы составления пищевых рационов. 7. Температура тела и изотермия. 8. Химическая и физическая терморегуляция. 9. Регуляция изотермии. Гипотермия и гипертермия. Задание для самостоятельной работы и демонстрации. 1. Определить расход энергии у человека при относительном покое и при физической нагрузке по методу Дугласа – Холдейна. 2. Рассчитать должный основной обмен по таблицам Гарриса и Бенедикта для человека. 3. Вычислить процент отклонения основного обмена по формуле Рида. 4. Рассчитать калорийность пищевого рациона. 5. Измерить температуру тела в подмышечной впадине, в области лба, в области конца пальца. Выявить роль кровообращения в поддержании температуры различных участков тела. Обязательная литература 1. Физиология человека. Под. ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько, Том II. Изд. “Медицина”, М. 1997, стр. 106 – 140. 2. Практикум по нормальной физиологии. Под. ред. Н.А. Агаджаняна и А.В. Коробкова. Изд. “Высшая школа”, М. 1983, стр. 110 – 115, 142 – 143. 3. Руководство к практическим занятиям по физиологии. Под. ред. Г.И. Косицкого, В.А. Поляцева. Изд. ”Медицина”. М. 1988, стр. 211 – 212, 215 – 221. Методическое указание к заданию №5 Электрический медицинский термометр ТЭМП – 60 предназначен для измерения температуры в различных точках поверхностей, в мягких тканях и полостях тела человека. Цена деления шкалы 0,2о С. Подготовка к измерению температуры. 1. Выбрать датчик (подмышечный, кожный) и подключить его к прибору штепсельным разъемом, соблюдая направление шпоночной головки (вверх). 2. Установить указатель на горизонтальную плоскость. 3. В положении “выключено” стрелка должна стоять на делении 16о (если нет, то установить). 4. Поставить переключатель в положение “контроль” (вниз) и, вращая лимб потенциометра – установить стрелку указателя на деление шкалы 42о. 5. Поставить переключатель в положение “включено”. Стрелка указателя устанавливается на отметке шкалы, соответствующей температуре окружающего воздуха. Прибор готов к измерению. а) подмышечный датчик применяется обычным способом (как ртутный термометр). б) датчик для измерения температуры поверхности кожи приводится в соприкосновение своим чувствительным элементом с выбранной для измерения температуры точкой кожи. Датчик удерживается рукой 3 – 5 минут (до полного установления стрелки указателя. При длительных непрерывных измерениях через каждые 20 – 30 минут проверять величину рабочего тока (отметка 42о в положении переключателя “контроль”). Ситуационные задачи. 1. Чему равняется дыхательный коэффициент, если человек выдыхает воздух с содержанием СО2 = 3,6% и О2 = 17% ? 2. Показания по прибору Холдейна, ёмкостью 10 мл, после поглощения СО2 = 9,57 мм, после поглощения О2 = 7,98 мм. Легочная вентиляция за мин. – 12 л. Каковы энергетические затраты за 1 час? 3. Рабочий за 4 часа работы израсходовал 2050 ккал. Основной обмен его в сутки 1580 ккал. Чему равна рабочая нагрузка за 4 часа? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Вопросы коллоквиума Сущность и стадии дыхания. Его функции. Внешнее дыхание. Биомеханика дыхательных движений (роль дыхательных мышц, движений ребер и диаграммы). Дать понятия альвеолярного, внутриплеврального и транспульмонального давлений и показать их роль в механизме внешнего дыхания. Эластические свойства легких и стенки грудной полости. Физиологическая роль сурфактанта. Пневмоторакс и вызываемые им изменения биомеханических параметров. Легочная вентиляция. Неравномерность вентиляции разных отделов легких. Анатомическое и альвеолярное мертвое пространство. Легочные объемы и емкости. Значение воздухоносных путей. Состав выдыхаемого, вдыхаемого и альвеолярного воздуха. Относительное постоянство газового состава альвеолярного воздуха и его значение. Механизмы, обеспечивающие его постоянство. Диффузия газов через аэрогематический барьер и в тканях. Значение работ И.М. Сеченова. Понятие парциального давления и напряжения газов и их величины в альвеолярном воздухе, в артериальной и венозной крови, в межтканевой жидкости и тканях. Взаимоотношения между вентиляцией альвеол и составом крови. 8. Газообмен и транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина, её анализ. Кислородная емкость артериальной и венозной крови. Коэффициент утилизации О2 в разных условиях. 9. Газообмен и транспорт углекислого газа кровью. Значение карбоангидразы. Формы транспорта СО2. Количество СО2 в артериальной и венозной крови. 10. Структурно – функциональная организация дыхательного центра. Автоматия дыхательного центра. 11. Генерация дыхательного ритма. 12. Рефлекторная регуляция дыхания. Механизмы смены дыхательных фаз. Рефлекс Геринга – Брейера. Роль и значение блуждающего нерва в регуляции дыхания. 13. Роль гипоталамуса, лимбической системы и коры больших полушарий в регуляции дыхания. 14. Гуморальная регуляция дыхания. Роль углекислоты, кислорода и рН крови. Механизм первого вдоха новорожденного ребенка. 15. Дыхание при пониженном барометрическом давлении. Понятия гипоксемии и гипоксии. Виды гипоксий. 16. Дыхание при высоком давлении и при дыхании чистым кислородом. 17. Дыхание при физической нагрузке. Периодическое дыхание. 18. Диспноэ и патологические типы дыхания. Недыхательные функции легких. 19. Понятие об обмене веществ и энергии в организме. Суть метаболизма, его основные этапы и уровни. Пластическая и энергетическая роль питательных веществ. 20. Превращение энергии. Виды энергии в организме. Законы термодинамики, их значение для физиологии. Энергетический баланс организма. 21. Основной обмен энергии, его должные величины и определяющие его факторы. Правило поверхности. Диагностическое значение основного обмена. Методы исследования. 22. Валовый обмен. Энергозатраты организма при различных видах труда. Специфически – динамическое действие пищи. Регуляция обмена энергии. 23. Методы исследования энергообмена (прямая и непрямая калориметрия, исследование валового обмена). 24. Физиологические нормы питания в зависимости от возраста, вида труда и состояния организма. Калорический коэффициент питательных веществ. Усвояемость пищи. Правило изодинамии питательных веществ. Принципы составления пищевых рационов. 25. Температура тела и изотермия. 26. Химическая и физическая терморегуляция. 27. Регуляция изотермии. Гипотермия и гипертермия. 1. 2. 3. 4. 5. Ответы к ситуационным задачам. Занятие №1 Первый. У тренированного за счет увеличения дыхательного воздуха, у нетренированного за счёт увеличения частоты дыхания. На вдохе 746 мм рт. ст., на выдохе 751 мм рт. ст. 8 л. 1/10 Дыхание станет чаще и поверхностней – реакция на гипоксический стимул. Занятие №2 1. а) обязательно, б) увеличение СО2 нецелесообразно. 2. У плода увеличена способность гемоглобина связывать О2. 3. Уменьшится 4. Дыхание учащается. 5. Анемическая гипоксия. 6. Повышается количество гемоглобина в крови, вначале за счет выброса из селезёнки эритроцитов, затем увеличивается сродство гемоглобина к кислороду, увеличивается утилизация О2 тканями, изменениями МОД, ДО, частоты дыхания. 7. Изменение частоты дыхания и глубины его, изменением кислородной ёмкости крови, изменение работы сердца, кровяного давления, перераспределение крови. Особая роль принадлежит проприоцептивной стимуляции дыхательного центра. Занятие №3 1. 0,89 2. 168 ккал 3. 1786 ккал.