Исследовательский проект Секция: Химия Автор:

Исследовательский проект
Биохимические диагностики процессов утомления
Секция: Химия
Автор:
Руководитель:
Кузьминых Ольга Валерьевна
8 Б класс
муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 17»
Соколова Елена Николаевна
учитель химии
муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 17»
Биохимические диагностики
процессов утомления
проекта: реферативно-исследовательский, межпредметный,
Типология
парный,
долгосрочный.
Цель исследования: изучение биохимических основ утомления и его
диагностирование доступными средствами
Многочисленными экспериментальными исследованиями и клиническими
наблюдениями показано, что утомление, развивающееся вследствие проделанной
мышечной работы, довольно четко проявляется:
 в изменениях физиологических функций
 в различных вегетативных функциях
 в изменении обмена веществ
 в усиленном выделении белка с мочой
 увеличением в крови кортикостероидов
 изменением свертываемости
В литературе мы обнаружили очень малое количество биохимических методик
ранней диагностики утомления. Изучение биохимических основ утомления и его
диагностирование доступными средствами и стало целью нашего исследования.
Гипотеза нашего исследования состоит в том, что внешнее проявление
утомления будет сопровождаться изменениями активности и кислотности слюны и пота.
Объект исследования –учащиеся 8 »Б»классаМБОУ СОШ №17
Предмет исследования – биохимические изменения в слюне и поте учащихся при
наступлении утомления.
Объект, предмет и цель исследования определили круг исследовательских
задач:
1.Выявить изменения в кислотности слюны учащихся при наступлении утомления.
2.Выявить изменения в активности слюны учащихся при наступлении утомления.
3.Выявить изменения в составе пота учащихся при наступлении утомления.
Введение.
В условиях быстро меняющейся действительности наблюдается всё большая
специализация образования. Колоссальный прирост информации приводит к тому, что
учащиеся не в состоянии сосредоточиться на её усвоении.
Занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких
спортивных результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил.
Не все достигают поставленных целей, «сходят с дистанции» из-за перенапряжения.
И в том и другом случае у учащихся развивается утомление, а в крайних случаях и
переутомление. По мнению Матеева Д. Р., утомление – естественное физиологическое
явление, и появляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной,
физической. В. В. Розенблат определяет его как приспособительную защитную реакцию
организма от чрезмерного функционального истощения центрально – нервного звена и
периферии.
Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны. Природа его до
сего времени остается неизученной. В разное время было высказано много всевозможных
гипотез и теорий: «токсическая теория», «теория истощения», «периферическая теория» и
другие.
Многочисленными экспериментальными исследованиями и клиническими
наблюдениями показано, что утомление, развивающееся вследствие проделанной
мышечной работы, довольно четко проявляется:
 в изменениях физиологических функций
 в различных вегетативных функциях
 в изменении обмена веществ
 в усиленном выделении белка с мочой
 увеличением в крови кортикостероидов
 изменением свертываемости
В литературе мы обнаружили очень малое количество биохимических методик
ранней диагностики утомления. Изучение биохимических основ утомления и его
диагностирование доступными средствами и стало целью нашего исследования
Цель исследования: изучение биохимических основ утомления и его
диагностирование доступными средствами
Гипотеза нашего исследования состоит в том, что внешнее проявление
утомления будет сопровождаться изменениями активности и кислотности слюны и пота.
Объект исследования – старшеклассники 8 »А» класса МБОУ СОШ №17
Предмет исследования – биохимические изменения в слюне и поте учащихся при
наступлении утомления.
Объект, предмет и цель исследования определили круг исследовательских
задач:
1.Выявить изменения в кислотности слюны учащихся при наступлении утомления.
2.Выявить изменения в активности слюны учащихся при наступлении утомления.
3.Выявить изменения в составе пота учащихся при наступлении утомления.
Глава 1. Утомление (обзор литературы)
История развития утомления
Любая производственная деятельность человека сопровождается мобилизацией
функциональных резервов, разной степени выраженности —от весьма слабой (легкая
работа) до предельной, характеризующей истощающую рабочую нагрузку.
Понятие и биологическое значение утомления.
Утомление – сложный процесс, затрагивающий все уровни деятельности
организма (молекулярный, субклеточный, клеточный, органный, системный, целостного
организма) и проявляющийся в совокупности изменений, связанных со сдвигами
гомеостаза, регулирующих, вегетативных и исполнительных систем, развитием чувства
усталости, временным снижением работоспособности и ее эффективности.
Биологическое значение утомления состоит в том, что оно «приводит к
возникновению торможения в центральной нервной системе (первично или вторично) и
обеспечивает защиту последней и всего организма от перенапряжения и истощения.
Физиологическое значение утомления
заключается в том, что в связи с
тренировкой появляется устойчивость к утомлению. Утомление является ведущим
механизмом адаптацииблагодаря мобилизации резервных возможностей. Изменения,
происходящие во время утомления являются своеобразными стимулами для формирования
функциональных и конструктивных трансформаций в организме, составляющих суть
развития тренированности (адаптированности).
В развитии утомления можно выделить две фазы
Первая фаза—преодолеваемое, или скрытое утомление, когда работоспособность
еще может поддерживаться на прежнем и даже высоком уровне, благодаря усилению
коркового возбуждения, несмотря на выраженную уже дискоординацию вегетативных
функций и снижение коэффициента полезного действия организма.
Вторая фаза — непреодолимое, иначе «явное» утомление, когда внешний
эффект работы заметно снижается, или работа вынужденно прекращается, несмотря на
все усилия работающего. В этой фазе непреодолимо развиваются явления охранительного
торможения в центральной нервной системе, приводящие к вынужденному прекращению
работы.
Первую попытку подойти к решению проблемы утомления обычно приписывают
Галилею, который столкнулся с эти явлением при анализе механики работы мышц. По
мере развития физиологической науки ряд исследователей, особенно в ХVIIIв. и первой
половине ХIХ века, затрагивали проблему утомления (Галлер, Витт, Прохаска и др.), но
работы эти были все же лишь эпизодическими.
Систематические исследования физиологов в данной области развернулись в
основном с середины прошлого века. При этом сразу же обрисовались вначале
гуморально-локалистическое, затем центрально-нервное направления. Первое из них было
длительное время господствующим.
Гуморально-локалистические теории мышечного утомления:
1) причиной утомления являются образующиеся в ходе работы продукты обмена;
2) точкой приложения их вредного действия являются сами мыщцы, или (согласно
«усовершенствованным» позднее представлениям) мионевральные соединения, т. е. точка
передачи импульсов с периферического нерва на мышцу.
Основное развитие в зарубежной физиологии получила теория о роли молочной
кислоты.
Обоснование идей нервизма в теории утомления. Со времени начала
исследований проблемы утомления в опытах на человеке стали возникать представления о
роли в этом процессе нервной системы. Основоположником этих представлений считают
иногда Моссо. Так, в исследованиях, обобщенных в его монографии «Усталость», Моссо,
с одной стороны, показал, что при усталости, вызванной умственной работой, значительно
снижается мышечная работоспособность. С другой стороны, он отмечал, что «недостаток
силы в движениях усталого человека, как и у лягушки, зависит от того, что работающая
мышца производит вредные вещества, затрудняющие сам акт сокращения».
Таким образом, еще до работы И. М. Сеченова, специально посвященной проблеме
утомления и отдыха, руководящие идеи его физиологической концепции, воспринятые его
учениками, привели к накоплению в отечественной литературе ряда
работ,
послуживших И. М. Сеченову предпосылкой для обоснования взгляда о центральнонервной природе мышечного утомления.
Павлова И.И. иИ. М. Сеченова следует считать основоположником этой теории.
Первое направление, развитое Л. Л. Васильевым и М. И. Виноградовым, говорит о большой роли
процессов центрального торможения в механизме утомления при мышечной работе.
Торможение наступает вследствие:
1) затухания доминанты,
2) воздействия центростремительных импульсов от работающих мышц,
3) влияния на нервные центры биохимических сдвигов в крови при работе.
Разновидности утомления.
До последнего времени выделялись два основных вида утомления, связанных с
характером деятельности. Это утомление физическое и утомление умственное. Первое
обусловлено интенсивной физической работой, второе — напряженностью высших
функций, таких, как память, внимание, информационная деятельность, творческая
активность.
В зависимости от интенсивности нагрузки выделяют утомление острое и
хроническое (М.И. Виноградов). Острое утомление возникает вследствие чрезвычайных
нагрузок, характеризуется быстротой развития (до 2-3 мин), резким снижением
работоспособности, вплоть до отказа от деятельности.
Медленно развивающееся утомление формируется в результатедлительного
воздействия трудовой нагрузки, не носящей чрезвычайного характера. Происходит
накопление неблагоприятных сдвигов в системах организма, приводящих к снижению
работоспособности.
В литературе описываются и другие виды утомления — общее, локальное,
мышечное, зрительное, умственное и т.д. Выделяя эти виды утомления, исследователи
отмечают наиболее яркие сдвиги в тех системах, которые в наибольшей степени
«загружены» в процессе работы.
Таблица 1
Критерии утомления и переутомления
Стадии и
Основные
степень
Показатель
характеривыраженнос
стики
ти
Утомление
Сдвиги
Степени 1,
обратимы. Для 2,3
восстановлени
я достаточен
отдых.
Переутомление
Сдвиги не
полностью
обратимы. Для
восстановлени
я необходимы
дополнительные меры
реабилитации
Необходима
разработка
Периоды
развития
Время восстановления
До 1 рабочего
дня (острое).
До 1-2 недель
(подострое).
Более 3 недель
(хрониче-ское)
До 16-20 ч
Острое
переутомление
Подострое
переутомле-ние
Хроническоепереутомление
Нет полного
восстановле-ния в
сроки, характер-ные
для утомления
Требуется дальнейшая
разработка.
То же
Утомление может различаться по степени выраженности. Принято выделять
четыре степени утомления: от мало выраженного (1 степень) до очень выраженного (4
степень). Отнесение состояния утомления к той или иной группе зависит от степени
выраженности сдвигов, соответствующих физиологических, психофизиологических и
иных показателей деятельности..
Таблица 2
Классификация работ по уровню энергозатрат
Утомляемость
Группа тяжести Энерготраты, ккал/г
Легкая
0.3—0.6
Локальное
Средняя
0.6—0.9
(кисти рук)
Тяжелая
0.9—1.2
Легкая
1.5—2.0
Региональная
Средняя
2.0—2.5
(две руки — до 30 % личной массы)
Тяжелая
2.5—3.0
Легкая
2.5—4.0
Средняя
4.0—6.0
Общая
(туловище и конечности)
Тяжелая
6.0—8.5
Очень тяжелая
8.5—11.0
Общие механизмы утомления
Снижение работоспособности как важнейший критерий при определении
утомления характерно не только для этого состояния. В частности, в динамике
работоспособности выделяется период врабатывания, когда в самом начале работы имеет
место более или менее длительное возрастание работоспособности до устойчивого
уровня. Известно и хорошо изучено состояние монотонии, когда в результате
однообразной несложной нагрузки в центральной нервной системе возникает разлитое
торможение, следствием чего является резкое снижение работоспособности.
Человек «выключается» из деятельности. Смена рабочего ритма, дополнительная
стимуляция или изменение характера рабочих операций возвращает работоспособность
человека к исходному уровню. Состояние психического пресыщения, возникающее при
аналогичных условиях и так же сопровождающееся снижением работоспособности, легко
преодолевается в ходе трудовой деятельности. Эффектом временного снижения
работоспособности могут сопровождаться состояния «сенсорного голода», психической
напряженности, физиологического и эмоционального стресса.
Несмотря на длительную историю изучения вопроса, общей теории утомления до
сих пор не сформулировано. Описанный механизм развития утомления является, в
определенной мере, общим как для физического, так и для умственного труда. Однако
следует учитывать различия в характере этих видов трудовой деятельности. Основное, как
известно, заключается в том, что при физическом труде задействована большая мышечная
масса, нагрузка на высшие функции минимальна, а при умственном — двигательная
активность может быть минимальной при интенсивной интеллектуальной нагрузке. Это
касается, понятно, крайних случаев (например, труд землекопа и педагога). В
большинстве же профессий присутствуют элементы как первого, так и второго, и
зачастую бывает трудно определить долю каждой из нагрузок (например, труд в
полуавтоматизированном производстве).
Принципы диагностики утомления
Исходя из существующих представлений о причинах, механизмах и последствиях
состояния утомления, принято выделять несколько подходов к его диагностике:
— оценка эффективности деятельности;
— оценка состояния физиологических систем организма;
— оценка психофизиологических характеристик;
— субъективная оценка состояния.
Субъективная оценка утомления
Методы опроса направлены на выявление качественно различных
переживаний состояния, которые могут быть осознаны испытуемым.
Характеристика состояния строится на основе анализа своеобразия выявленных
симптомов. Наблюдательный учитель физкультуры об утомлении своих воспитанников
судит, и нередко с большой достоверностью, по изменениям их внешнего вида и
поведения. В порядке объективизации этой общепедагогической методики,
предпринимающейся рядом исследователей, выделяют ряд симптомов утомления, каждый
из которых оценивается в баллах, чаще всего по 3-балльной шкале.
Таблица 3
Критерии степени утомления
№
Симптомы
1.
Окраска кожи
небольшое
Покраснение
небольшое
2.
Потливость
Небольшая
3.
Речь, мимика
Отчетливая
4.
Движения
Уверенные,
бодрые
Степени утомления
достаточное
чрезмерное
Покраснение
Резкое
значительное
покраснение,
бледность
и ли
синюшность
Большая выше Резкая по всему
пояса
телу,
выступает
соль
Напряженное
Нарушение речи,
выражение
страдальческое
ли ц а
выражение лица
9.
Неуверенный
шаг,
покачивания
Самочувствие
Жалоб нет
Усталость,
боль
в
мышцах,
сердцебиение
и т. п .
Дыхание
Ровное,
Сильно
учащенное
учащенное,
отдышка
Объем
физических Малый (20 – 40-45%;
65нагрузок
25% объема), 67%
вызывающий
явное
утомление
Сон
Нормальный
Без
существенных
нарушений
Аппетит
Хороший
Нормальный
10.
Работоспособность
11.
Настроение
12.
Сосредоточение
13.
Отношение
тренировке
5.
6.
7.
8.
Нормальная
и ли
повышенная
Приподнятое,
радостное
Несколько
снижена
Полное
внимание
Снижение
внимания
Приглушенное,
но радостное
при успехе
Шадкая походка,
вынужденные позы
с опорой, падения
Головокружение,
боль в подреберье,
головная боль,
рвота
Очень учащенное
поверхностное,
неритмичное
100%
С различными
нарушениями
Пониженный,
постоянная жажда
Сильно снижена
Подавленное,
сомнения в ценности
тренировок
Рассеянность,
заторможенность,
нервозность
к Активное
Стремление
Желание
желание
затягивать
прекратить
и
тренироваться отдых
на нежелание
тренировке
возобновлять
тренировки
Биохимические изменения в организме при выполнении физических
нагрузок.
Всякая мышечная деятельность, в том числе и связанная со спортивными
нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению
потребности организма в кислороде. Чем выше интенсивность работы, тем больше
интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении кратковременных физических
упражнений максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве
субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее
интенсивных нагрузках – все в большей степени липиды и продукты
метаболизмаИсточником используемых работающими мышцами углеводов служит,
прежде всего, содержащийся в них гликоген. Чем длиннее работа, тем большее значение
приобретают гликогеновые запасы печени.
Уровень сахара в крови зависит от соотношения поступления его в кровь из печени
и потребления мышцами. Если мобилизация гликогена в печени запаздывает, угнетается
или ослабевает вследствие резкого снижения его содержания, то концентрация сахара в
крови уменьшается. При выполнении большинства спортивных нагрузок фактическое
потребление кислорода много ниже кислородного запроса. Так, при беге на 100 м
последний составляет около 7 л, а фактически потребляется не более 0,5 л. При беге на
400 м кислородный запрос равен 11 – 13 л, а фактически потребляется менее 3 л; при беге
на 10 000 м имеются соответственно следующие величины: 150 и 125 л.
В этих условиях существенная роль в энергетическом обеспечении работы
принадлежит гликолизу, анаэробному окислению углеводородов, заканчивающемуся
образованием молочной кислоты, которая уже после работы подвергается дальнейшему
окислению.
Глава 2. Практическая часть
Изучив литературу по интересующей нас проблеме, мы приступили к
эксперименту. В качестве испытуемых были выбраны 9 учащихся 10 –х классов. Затем мы
определились с методиками эксперимента. За состояние покоя мы приняли отсутствие
утомления. Для достижения утомления учащимися, им предлагалось выполнить
максимальную нагрузку в виде степ – теста в течение 3 минут (нашагивание на скамейку
высотой 0,3 метра в максимальном темпе). При этом мы диагностировали утомление по
таблице: «Критерии степени утомления».
Использовались следующие методики.
Влияние физических нагрузок различного характера на активную реакцию
слюны.
Испытуемым предлагают тщательно прополоскать рот. Затем каждому из них дают
20 мл дистиллированной воды, с тем, чтобы он держал ее во рту, размешивая языком в
течение 2 – 3 минут. Полученные пробы слюны выливают в стаканчики, отмеченные
инициалами испытуемых и цифрой 1 (первая проба – уровень покоя).
После этого испытуемым предлагается бежать на месте в максимально возможном
темпе, с подниманием колена до горизонтального положения бедра и энергичными
движениями руками, в течение 30 сек. По окончании бега у всех испытуемых снова
собирают пробы слюны (как описано выше) – в новые стаканчики (пометив их
инициалами и цифрой 2).
Затем (после отдыха) испытуемым предлагается бежать на месте в умеренном
темпе «рысцой» в течение 3 минут. По окончании бега у всех испытуемых снова собирают
пробы слюны (как описано выше) – в новые стаканчики (пометив их инициалами и
цифрой 3).
В первую серию пробирок вливают по 1 мл слюны из первого и второго
стаканчиков и определяют ее рН с помощью универсального индикатора (с точностью до
1).
Во вторую серию пробирок вливают по 1 мл слюны из первого и третьего
стаканчиков и определяют ее рН с помощью универсального индикатора (с точностью до
1).
Определение амилазной активности слюны.
Определение степени активности амилазы слюны основывается на определении
количества субстрата (крахмала), расщепляемого 1 мл слюны за определенный
промежуток времени (например, 30 минут).
Количественным определением амилазы пользуются и в клинической практике. В
норме моча содержит очень немного амилазы, происходящей из поджелудочной железы.
Количество амилазы в моче повышается при панкреатитах, заболеваниях желчных путей
и др. При почечной недостаточности амилаза в моче отсутствует.
1. Наливают из бюретки в десять пронумерованных пробирок по 1 мл
дистиллированной воды.
2. Добавляют в первую пробирку с помощью пипетки 1 мл слюны, разведенной в
10 раз водой.
3. Перемешивают содержимое первой пробирки при помощи троекратного
втягивания пипеткой жидкости из пробирки и последующего выливания из пипетки, а
затем переносят 1 мл полученной смеси из первой пробирки во вторую.
4. Перемешивают таким же образом содержимое второй пробирки и переносят 1 мл
полученной смеси из второй пробирки в третью и т. д. Из десятой пробирки 1 мл
жидкости как излишний выливают и в итоге получают различное разведение фермента:
каждая последующая пробирка содержит фермента в два раза меньше, чем предыдущая
пробирка.
5. Наливают во все десять пробирок еще по 1 мл дистиллированной воды.
6. Далее наливают из бюретки во все десять пробирок (начиная с десятой, потом в
девятую и т.д.) по 2 мл 0,1 % раствора крахмала и перемешивают содержимое каждой
пробирки.
7. Одновременно помещают все десять пробирок в нагретую до 37º водяную баню.
8. Через 30 минут вынимают пробирки из бани, быстро охлаждают их током
холодной воды, перемешивают содержимое каждой пробирки и ставят по порядку в
штатив.
9. Наливают в каждую пробирку по две капли раствора иода, перемешивают и
наблюдают в пробирках гамму цветов от желтого цвета к синему. Желтый цвет
свидетельствует об отсутствии крахмала, красноватый – о присутствии промежуточных
продуктов расщепления – декстринов, синий – о присутствии крахмала или продуктов его
начального расщепления.
10. Вычисляют амилазную активность исследуемой слюны. При этом исходят из
следующего. В пробирке, где жидкость окрашена еще в синий цвет, должного
расщепления крахмала не произошло. Достаточное расщепление крахмала, очевидно,
имеет место в той пробирке, где нет синего оттенка. Пусть, например, это будет пятая
пробирка (в шестой пробирке уже имеется синий оттенок). В пятой пробирке
неразведенной слюны было 1/320 мл, т.е. мы можем написать:
1/320 мл слюны расщепляет 2 мл 0,1% раствора крахмала
1 ---------------------------------Х мл 0,1 мл,
т. е. Х = 2 • 1 / 1/320 = 640.
Следовательно, 1 мл неразбавленной слюны расщепляет за 30 минут при 37º 640 мл
0,1% раствора крахмала. Это принято изображать следующим образом: d (диастаза) 37º /
30’ = 640 единицам (для данного случая).
При сравнении результатов обнаруживается разница в активности амилазы.
Определение буферной емкости слюны титрометрическим методом.
В 4 чистых стаканчика наливают по 1 мл слюны: в две из них – взятую в состоянии
покоя, в две другие – после работы. Во все стаканчики добавляют по 1 мл H2O. Определить
pH растворов и индикаторов.
В стаканчики со слюной покоя приливают по 1 - 2 капли индикатора:
фенолфталеин и титруют его 0, 01 N раствором NaOH до образования слабо-розового
окрашивания. Запишите количество NaOH, пошедшее на титрование раствора слюны.
Такие же операции проделайте со слюной, полученной после работы (утомления).
Запишите, сколько мл щелочи пошло на титрование растворов слюны до и после
нагрузки. Сопоставьте с полученными результатами. Запишите результаты опыта и
сделайте расчеты по формуле:
Vk • Nk = Vщ • Nщ
Nk = Vщ • Nщ / Vk
Влияние физических нагрузок различного характера на содержание молочной
кислоты в поте или урине.
Молочная кислота диффундирует из клеток и выделяется с потом и мочой. Место
сбора пота предварительно смывают водой и вытирают полотенцем. Пот собирают после
нагрузки. Полоску фильтровальной бумаги размером 1 х 5 смочите дистиллированной водой
и пинцетом наложите на место сбора пота (это может быть предплечье, голень или
ладонь). Через 5 – 7 мин. пинцетом снимите бумагу и поместите в пробирку с 1 мл H2O
дистиллированной для диффундирования молочной кислоты, с целью получения
исследуемой жидкости.
Порядок выполнения работы
В 4 чистых стаканчика наливают по 1 мл раствора пота: в две из них – взятую в
состоянии покоя, в две другие – после работы. Во все стаканчики добавляют по 1 мл H2O.
Определить pH растворов и индикаторов.
В стаканчики с растворами покоя приливают по 1-2 капли индикатора:
фенолфталеин и титруют его 0, 01 N раствором NaOH до образования слабо-розового
окрашивания. Запишите количество NaOH, пошедшее на титрование раствора пота. Такие
же операции проделайте с потом, полученным после работы (утомления). Запишите,
сколько мл щелочи пошло на титрование растворов пота до и после нагрузки. Сопоставьте
с полученными результатами. Запишите результаты опыта и сделайте расчеты по
формуле:
Vk • Nk = Vщ • Nщ
Nk = Vщ • Nщ / Vk
Для титрования использовался 0.01N раствора NaOH.
4г – в 1000 мл
х г – в 200 мл
Молярную концентрацию молочной кислоты определяем:
Nk = Vщ • Nщ / Vk
Т.к. эквивалент молочной кислоты равен 1, то нормальная концентрация численно
равна молярной концентрации.
В эксперименте принимали участие девять человек.
Перед началом эксперимента определена степень утомления испытуемых по
таблице № 4:
Ф.И.О.
Степень утомления
Игорь Г.
Небольшое
Кристина Ф.
Чрезмерное
Юлия К.
Чрезмерное
Мария Г.
Достаточное
Регина Б.
Небольшое
Айгуль Б.
Достаточное
Евгения Г.
Небольшое
Алёна Ч.
Чрезмерное
Владлен К.
Небольшое
1. Игорь Г. (МБОУ СОШ №17):
Слюна: покой: См = 1 мл • 0.01/2 мл = 0.005моль
Утомление: См = 20 мл • 0.01/10 мл = 0.02 моль
Пот: покой: См = 3 мл • 0.01/1 мл = 0.03моль
Утомление: См = 30 мл • 0.01/1 мл = 0.3 моль.
2. Кристина Ф. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 2 мл • 0.01/10 мл = 0.002моль
Утомление: См = 30 мл • 0.01/5 мл = 0.06 моль
Пот: покой: См = 3 мл • 0.01/1 мл = 0.03моль
Утомление: См = 10 мл • 0.01/1 мл = 0.1 моль
3. Юлия К. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 2 мл • 0.01/9 мл = 0.002моль
Утомление: См = 275 мл • 0.01/13 мл = 0.21 моль
Пот: покой: См = 8 мл • 0.01/1 мл = 0.08моль
Утомление: См = 20 мл • 0.01/1 мл = 0.2 моль
4. Мария Г. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 20мл • 0.01/5 мл = 0.04моль
Утомление: См = 20 мл • 0.01/10 мл = 0.02 моль
Пот: покой: См = 4мл • 0.01/1 мл = 0.04моль
Утомление: См = 1 мл • 0.01/1 мл = 0.01 моль
5. Регина Б. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См =18 мл • 0.01/6 мл = 0.03моль
Утомление: См = 30 мл • 0.01/15 мл = 0.02 моль
Пот: покой: См = 8мл • 0.01/2 мл = 0.04моль
Утомление: См = 2мл • 0.01/2 мл = 0.01 моль
6. Айгуль Б.. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 40мл • 0.01/5мл = 0.08моль
Утомление: См = 30 мл • 0.01/6 мл = 0.05 моль
Пот: покой: См = 40 мл • 0.01/1мл = 0.4моль
Утомление: См = 3 мл • 0.01/1 мл = 0.03 моль
7. Евгения Г. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 32мл • 0.01/4мл = 0.08моль
Утомление: См = 28 мл • 0.01/7 мл = 0.04 моль
Пот: покой: См = 20 мл • 0.01/5мл = 0.4моль
Утомление: См = 3 мл • 0.01/1 мл = 0.03 моль
8. Алёна Ч. (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 18 мл • 0.01/2 мл = 0.09моль
Утомление: См = 10 мл • 0.01/4мл = 0.03 моль
Пот: покой: См = 50мл • 0.01/1 мл = 0.5моль
Утомление: См = 4 мл • 0.01/1 мл = 0.04 моль
9. Владлен К.: (МОСШ №17):
Слюна: покой: См = 3мл • 0.01/9 мл = 0.003моль
Утомление: См = 30 мл • 0.01/17 мл = 0.02 моль
Пот: покой: См = 35 мл • 0.01/1 мл = 0.35моль
Утомление: См = 3мл • 0.01/1 мл = 0.03 моль
Полученные данные мы обобщили в следующей таблице и диаграммах.
Таблица 5
Динамика кислотности и активности выделения пота и слюны при
наступлении утомления.
№
Ф. И. О.
п
испытуемог
Слюна
Пот
/
о
п
Покой
Утомление
Покой
pH цвет
pH цвет
pH
1 Игорь Г.
6
Жёлт. 0,005
6
Жёлт. 0,02 6
2 Кристина Ф. 6
Жёлт. 0,002
6
Син.
0,06 6
3 Юлия К.
6
Кор.
0,002
6
Син.
0,21 6
4 Мария Г.
6
Кор.
0,04
6
Кор.
0,02 6
5 Регина Б.
6
Кор.
0,03
6
Кор.
0,02 6
6 Айгуль Б.
6
Жёлт. 0,08
6
Кор.
0,05 6
7 Евгения Г.
6
Жёлт. 0,08
6
Кор.
0,04 6
8 Алёна Ч.
6
Жёлт. 0,09
6
Кор.
0,03 6
9 Владлен К.
6
Жёлт. 0,003
6
Син.
0,02 6
При наступлении утомления у всех старшеклассников наблюдается изменение
концентрации молочной кислоты в поте и слюне в сторону увеличения. Наибольшие
расхождения в значениях покой – утомление выявлены у Екатерины М., Юлии К.,
Светланы С.
Изменение цвета раствора слюны с крахмалом свидетельствует о понижении
активности ферментов слюны в расщеплении крахмала. Самое заметное цветоизменение
выявлено у Александры М., Юлии К. и Светланы С., однако активность ферментов
слюны Юлии К. была изначально ниже, чем у Александры М. и Светланы С., что говорит
о некоторой утомлённости организма Юлии К. перед началом эксперимента и
энергосберегающих ресурсах организма в целом.
Кажется нелогичным постоянство pH среды физиологических жидкостей при
утомлении.
Выводы
1.Теоретически и практически выявлена возможность диагностики утомления
старшеклассников по концентрации молочной кислоты в физиологических жидкостях
(пот, слюна).
2. Обнаружена закономерность между степенью утомления и молочной кислотой в
физиологических жидкостях (пот, слюна).
3. Утомление понижает активность слюнных ферментов, поэтому также может
являться показателем степени утомления.
Заключение
Целью нашего исследования стало изучение биохимических основ утомления и его
диагностирование доступными средствами. Гипотеза нашего исследования состоит в том,
что внешнее проявление утомления будет сопровождаться изменениями активности и
кислотности слюны и пота.
Круг наших исследовательских задач состоял в том, чтобы:
1) выявить изменения в кислотности слюны учащихся при наступлении утомления;
2) выявить изменения в активности слюны учащихся при наступлении утомления;
3) выявить изменения в составе пота учащихся при наступлении утомления.
В первой главе «Утомление» мы ознакомились с литературой, на основе которой
пришли к выводу, что колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся
не в состоянии сосредоточиться на ее усвоении, с трудом отслеживают научные
достижения и не всегда осознают смысл их лавинообразно растущего потока. Также мы
отметили, что занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких
спортивных результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил.
Не все достигают поставленных целей, «сходят с дистанции» из-за перенапряжения. И в
том и другом случае у учащихся развивается утомление – естественное физиологическое
явление, и появляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной,
физической.
Также мы изучили общие механизмы утомления. Данный механизм является, в
определенной мере, общим как для физического, так и для умственного труда. Однако
следует учитывать различия в характере этих видов трудовой деятельности. Основное, как
известно, заключается в том, что при физическом труде задействована большая мышечная
масса. А при умственном— двигательная активность может быть минимальной при
интенсивной интеллектуальной нагрузке.
Касаясь физиологических систем организма, мы пришли к выводу, что оценка
состояния систем и функций в динамике работоспособности и динамике утомления
преследует две основные цели. Первая — выявить степень реализации резервных
возможностей системы в условиях трудовой нагрузки. Вторая цель, преследуемая при
изучении поведения систем в процессе труда, заключается в определении
«лимитирующего фактора», приводящего к значительному снижению работоспособности,
к развитию утомления.
Рассматривая критерии степени утомления, мы зафиксировали три её основных
вида: небольшое, достаточное, чрезмерное.
Говоря о биохимических изменениях в организме при выполнении
физиологических нагрузок, мы наблюдаем, что всякая мышечная деятельность, в том
числе связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования
АТФ в мышцах и увеличению потребности организма в кислороде. Чем выше
интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении
кратковременных физических упражнений максимальной и субмаксимальной мощности
организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при
более длительных, но менее интенсивных нагрузках – все в большей степени липиды и
продукты метаболизма. В период отдыха эта группа веществ также является основным
субстратом окислительных реакций, поставляющих энергию.
Исследованиями и клиническими наблюдениями показано, что утомление
развивается вследствие проделанной мышечной работы.
Во второй главе «Практическая часть» мы приступили к эксперименту.
В качестве испытуемых были выбраны 9 учащихся 10 –х классов. Испытуемым
предлагалось выполнить максимальную нагрузку в виде степ – теста в течение 3 минут.
При этом мы диагностировали утомление по таблице: «Критерии степени утомления».
После всех экспериментов, подробно описанных в работе, мы определили, что при
наступлении утомления у всех старшеклассников наблюдается изменение концентрации
молочной кислоты в поте и слюне в сторону увеличения, меняется их активность и состав.
Литература
1. Виноградов М.И. Физиология трудовых процессов. – М.: Медицина, 2009.
2. Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методики исследований в
физиологии труда. – М., 2007.
3. Думбай В.Н. Основы физиологии труда. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону:
РГУ, 2009.
4. Збарский Б. И., Збарский И. Б., Солнцев А. И. Практикум по биологической
химии. – М.: Медгиз, 2010.
5. Кучкин С. Н., Ченегин В. М. Методы исследования в возрастной физиологии
физических упражнений и спорта. – Волгоград: ВГАФК, 2008.
6. Общий курс физиологии человека и животных. Учебник для ВУЗов. / Под ред.
А.Д. Ноздрачева. – М.: Высшая школа, 2004.
7. Основы физиологии человека. Учебник для ВУЗов. / Под.ред. Б.И.Ткаченко. –
Спб.,2009.
8. Практикум по физиологии труда. Учебное пособие. – Л.: Наука,2007.
9. Проскурина И. К. Биохимия. – М.: Владос, 2008.
10. Розенблат В.В. Проблема утомления. – М.: Медицина, 2005.
11. Середняков В.Е. Физиология труда. Учебное пособие. – Ярославль,2003.
Приложение
Таблица 5
Динамика кислотности и активности выделения пота и слюны при
наступлении утомления.
№
Ф. И. О.
п
испытуемог
Слюна
Пот
/
о
п
Покой
Утомление
Покой
pH цвет
pH цвет
pH
1 Игорь Г.
6
Жёлт. 0,005
6
Жёлт. 0,02 6
2 Кристина Ф. 6
Жёлт. 0,002
6
Син.
0,06 6
3 Юлия К.
6
Кор.
0,002
6
Син.
0,21 6
4 Мария Г.
6
Кор.
0,04
6
Кор.
0,02 6
5 Регина Б.
6
Кор.
0,03
6
Кор.
0,02 6
6 Айгуль Б.
6
Жёлт. 0,08
6
Кор.
0,05 6
7 Евгения Г.
6
Жёлт. 0,08
6
Кор.
0,04 6
8 Алёна Ч.
6
Жёлт. 0,09
6
Кор.
0,03 6
9 Владлен К.
6
Жёлт. 0,003
6
Син.
0,02 6
Приложение 2
Таблица 3
Критерии степени утомления
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Степени утомления
достаточное
чрезмерное
Окраска кожи
Покраснение
Резкоеокраснение,
значительное
бледность
и ли
синюшность
Потливость
Небольшая
Большая выше Резкая по всему
пояса
телу,
выступает
соль
Речь, мимика
Отчетливая
Напряженное
Нарушение речи,
выражение лица страдальческое
выражение лица
Движения
Уверенные,
Неуверенный
Шадкая походка,
бодрые
шаг,
вынужденные позы
покачивания
с опорой, падения
Самочувствие
Жалоб нет
Усталость, боль Головокружение,
в
мышцах, боль в подреберье,
сердцебиение и головная боль,
т. п .
рвота
Дыхание
Ровное,
Сильно
Очень учащенное
учащенное
учащенное,
поверхностное,
отдышка
неритмичное
Объем
физических Малый (20 – 40-45%; 65-67% 100%
нагрузок
25% объема),
вызывающий
явное
утомление
Сон
Нормальный
Без
С различными
существенных
нарушениями
нарушений
Аппетит
Хороший
Нормальный
Пониженный,
постоянная жажда
Работоспособность
Нормальная
Несколько
Сильно снижена
и ли
снижена
повышенная
Настроение
Приподнятое, Приглушенное, Подавленное,
радостное
но
радостное сомнения в ценности
при успехе
тренировок
Симптомы
12.
Сосредоточение
13.
Отношение
тренировке
небольшое
Покраснение
небольшое
Полное
внимание
Снижение
внимания
Рассеянность,
заторможенность,
нервозность
к Активное
Стремление
Желание
желание
затягивать
прекратить
и
тренироваться отдых
на нежелание
тренировке
возобновлять
тренировки