Сравнение жизненной емкости легких у лиц, адаптированных и неадаптированных к физической нагрузке

• 1. Введение
• 2. Обзор литературы
• 2.1 Строение легких
• 2.2 Структура и функция легких
• 2.2.1 Как строение легких обеспечивает их деятельность?
• 2.2.2 Альвеолярно-капиллярный барьер
• 2.2.3 Дыхательные пути и движение в них воздуха
• 2.3 Дыхание
• 2.4 Легочные объемы и емкости легких
• 2.5 Нормативы и должные величины
• 2.6 Эластические свойства легких
• 2.7 Спирометрия
• 2.8 Дыхание при физической нагрузке
• 3. Практическая часть
• 4. Выводы
• 5. Список использованной литературы

1. Введение

При выборе темы для курсовой работы наиболее актуальным вопросом для меня стал воздействие физических нагрузок на организм. Как они могут влиять на него, каким изменениям он подвергается, как меняются физиологические показатели. На данный момент более всего меня заинтересовал такой физиологический показатель как жизненная емкость легких. Мне стало интересным, какова разница показателей жизненной емкости легких в покое и после физических нагрузок. А также посмотреть разницу показателей среди адаптированных и неадаптированных лиц к физической нагрузке.

Целью данной работы является:

сравнить показатели жизненной емкости легких в покое и при физической нагрузке.

посмотреть разницу показателей у адаптированных и неадаптированных лиц к нагрузкам.

Задачи работы:

с помощью спирометра (прибор, определяющий жизненную емкость легких) определить жизненную емкость легких в покое и при физической нагрузке.

сравнить показания спирометра у адаптированных и не адаптированных лиц к нагрузкам.

Актуальностью данного исследования является то, что измерение параметров дыхания при нагрузке часто дают дополнительную информацию о функции легких. В покое у респираторной системы имеются огромные резервы; вентиляция и легочный кровоток, перенос кислорода и углекислого газа и диффузионная способность при нагрузке могут возрастать в несколько раз.

Часто на ранних стадиях поражения легкие параметры дыхания у больных в покое не отличаются от нормы, однако при нагрузке выявляются патологические изменения.

2. Обзор литературы

Одним из основных источников теоретического обоснования при написании курсовой работы для меня стала книга Дж. Уэст. В этой книге я смог найти много интересующих меня вопросов. Такие вопросы как функции легких, дыхание его стадии, объемы и емкости легких. Но мало, что сказано про жизненную емкость, про методы исследования объемов и емкостей легких, влияние физической нагрузки на легкие, также мало, что сказано о строение легких. Вопрос о строении легких хорошо изложен в учебнике И. В. Гайворонского «Нормальная анатомия человека», Б. И. Ткаченко «Нормальная физиология человека», В. М. Покровского «Физиология человека». Вопрос о методиках исследования хорошо изложен в практикуме по нормальной физиологии под редакцией А. Т. Марьяновича.

2.1 Строение легких

Легкие расположены в обособленных полостях по сторонам от средостения. Основание легкого обращено вниз и прилегает к диафрагме. На вогнутой поверхности находятся ворота легкого (входят бронхи, артерии, нервы, вены и лимфатические сосуды), наружная выпуклая поверхность прилегает к ребрам.

Оболочка легкого — плевра, состоит из двух листков: один листок повторяет контур легкого, заходя в борозды и отделяя доли легкого, второй прирастает к стенке тела. В полости плевры содержится немного серозной жидкости.

Морфологической и функциональной единицей легких является ацинус, он начинается респираторными бронхиолами, которые разделяются на альвеолярные ходы и заканчиваются альвеолярными мешочками. В них исчезают реснички, сплошной слой мышц распадается на отдельные пучки. Ацинусы разделены тонкими соединительно-тканными прослойками, 12−18 ацинусов образуют легочную дольку.

Внутренняя поверхность альвеол выстлана однослойным плоским дыхательным эпителием, покрытым слоем жидкости (сурфактанта). Снаружи к базальной мембране эпителия прилегают кровеносные капилляры, альвеолы оплетены эластическими волокнами. Альвеолы тесно соприкасаются, и кровеносные сосуды контактируют сразу с двумя, что повышает эффективность газообмена. Поверхность альвеол при вдохе 100−120 м2.

Сурфактант — жидкость на внутренней поверхности альвеол, образует слой, в котором происходит растворение кислорода. Содержит фосфолипиды, которые способствуют лучшему растворению кислорода.

Кровоснабжение легких осуществляется двумя системами сосудов. Через большой круг легкие снабжаются артериальной кровью по бронхиальным артериям, которые отходят непосредственно от аорты, венозная кровь от паренхимы легких также собирается в большой круг. А из легочных артерий в них поступает венозная кровь малого круга. Легочные артерии сопровождают бронхиальное дерево, доходят до альвеол и образуют капиллярные сети, затем собираются в венулы и легочные вены. Малый круг кровообращения характеризуется небольшой длиной сосудов, очень малым сопротивлением току крови и почти непосредственным соприкосновением стенок капилляров с воздухом. Давление в малом круге кровообращения в 5−6 раз ниже, чем в большом. В легочном стволе систолическое от 16 до 30 (среднее 21), диастолическое от 5 до 14 (среднее 9,2 мм рт. ст.). Время прохождения крови по малому кругу 10−12 секунд (скорость движения крови вдвое больше чем в большом), и за один промежуток времени через него проходит столько же крови, что и через большой.

физическая нагрузка емкость легкое

2.2 Структура и функция легких

2.2.1 Как строение легких обеспечивает их деятельность?

Легкие — это органы газообмена. Их главное назначение состоит в том, чтобы обеспечить переход кислорода из воздуха в венозную кровь, а углекислого газа — в обратном направлении. Легкие выполняют и другие функции: здесь происходит метаболизм некоторых веществ, фильтрация и удаление вредных продуктов из кровотока и депонирование крови. В то же время главная их задача — газообмен, поэтому мы рассмотрим строение альвеолярно-капиллярного барьера, то есть поверхности раздела кровь/воздух, где этот газообмен происходит.

2.2.2 Альвеолярно-капиллярный барьер

Перенос кислорода и углекислого газа между воздухом и кровью происходит путем простой диффузии, то есть от области с высоким парциальным давлением газа к области с низким парциальным давлением (подобно тому, как вода течет сверху вниз). Согласно закону диффузии Фика, количество газа, перемещающееся через слой ткани прямо пропорционально площади этого слоя и обратно пропорционально его толщине. В легких барьер между кровью и воздухом (альвеолярно-капиллярный барьер) чрезвычайно тонок, а поверхность его составляет 50−100 м². Значит, по своим характеристикам этот барьер вполне подходит для процессов газообмена.

Каким же образом в ограниченной грудной полости разместилась такая колоссальная диффузионная поверхность?

Оказывается, мельчайшие кровеносные сосуды (капилляры) оплетают громадное число маленьких воздушных мешочков — альвеол. В легких человека около 300 млн. альвеол, а диаметр каждой из них составляет около 1/3 мм. Если бы альвеолы имели строго сферическую форму, то общая площадь их поверхности составила бы 85 м², а общий объем лишь 4 л. Таким образом, огромная диффузионная поверхность в легких обусловлена разделением этих органов на колоссальное число субъединиц. Газы доставляются к альвеолярно-капиллярному барьеру по дыхательным путям, а кровь (с другой его стороны) — по кровеносным сосудам.

2.2.3 Дыхательные пути и движение в них воздуха

Воздухоносные пути представляют собой последовательно разветвляющиеся трубочки. По мере погружения в легочную ткань они сужаются, укорачиваются и увеличиваются в числе. Трахея разделяется на правый и левый главные бронхи, те в свою очередь на долевые, затем на сегментарные бронхи и так далее до конечных бронхиол, еще не связанных непосредственно с альвеолами. Вся эта система образует проводящие (кондуктивные) воздухоносные пути.

Главное их назначение состоит в подведении вдыхаемого воздуха к газообменной поверхности легких. Поскольку в проводящих воздухоносных путях нет альвеол и, следовательно они не могут участвовать в газообмене, их называют анатомическим мертвым пространством. Объем его составляет около 150 мл.

Конечные бронхиолы разветвляются на дыхательные бронхиолы, в стенках которых в виде выпячиваний уже появляются одиночные альвеолы. Наконец, от дыхательных бронхиол отходят альвеолярные ходы со стенками, образованными исключительно альвеолами. Отделы легких, содержащие альвеолы и участвующие в газообмене, называются дыхательной зоной.

Структуры, расположенные дистальнее конечной бронхиолы, образуют элементарную анатомическую единицу легких — первичную дольку, или ацинус. Расстояние от конечной бронхиолы до самой дальней альвеолы составляет порядка 5 мм, однако на дыхательную зону приходится большая часть легких: ее объем равен примерно 3000 мл.

Во время вдоха объем грудной полости увеличивается и воздух засасывается в легкие. Это увеличение объема частично обусловлено сокращением диафрагмы, при котором купол ее опускается, частично сокращением межреберных мышц (при этом ребра поднимаются и поперечное сечение грудной полости увеличивается).

Вдыхаемый воздух продвигается примерно до конечных бронхиол по механизму объемного потока (как вода через шланг), однако за ними общая площадь поперечного сечения воздухоносных путей из-за многократных ветвлений настолько возрастает, что поступательное перемещение газов становиться очень незначительным. Следовательно, главным механизмом вентиляции в дыхательной зоне является диффузия газов.

Скорость диффузии молекул газа в воздухоносных путях так велика, а преодолеваемые расстояния так малы, что разница концентраций в пределах ацинуса практически полностью устраняется за секунду. Из-за резкого падения скорости движения воздуха в конечных бронхиолах здесь часто оседают пылевые частицы.

Благодаря своим упругим свойствам легкие после вдоха при спокойном дыхании пассивно спадаются, и восстанавливается их прежний объем. Они очень растяжимы: чтобы увеличить их объем на 500 мл (как при нормальном дыхании), достаточно приложить давление менее 3 см вод. ст. Для сравнения: чтобы настолько увеличить объем детского воздушного шарика, требуется давление 30 см. вод. ст.

Давление, обеспечивающее продвижение воздуха через воздухоносные пути, также мало. Расход воздуха 1 л/с (как при нормальном дыхании) соответствует перепаду давления в них менее 2 см вод. ст. (при курении трубки для такого же расхода воздуха необходима разница около 500 см вод. ст.

2.3 Дыхание

Под дыханием понимается совокупность процессов обеспечивающих обмен газов между окружающей средой и организмом, где последний получает кислород, идущий на реакцию окисления глюкозы в клетках с целью получения энергии. Также в процессе дыхания из организма удаляется углекислый газ.

Дыхание включает следующие процессы:

легочное дыхание;

транспорт газов кровью;

обмен газов между кровью и тканями;

окисление органических веществ в клетках (тканевое дыхание).

Различают дыхание внешнее — обмен газов между внешней средой и органами дыхания — и внутреннее (тканевое) — обмен газов тканями и кровью.

Внешнее дыхание описывается рядом физиологических объемов (Рис.1). Так при спокойном дыхании во время каждого дыхательного движения обменивается небольшая часть находящегося в легких воздуха — 300−500 мл — это дыхательный объём (ДО). Дыхательный объём — это тот объём воздуха, который человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании.

При усиленном вдохе в легкие можно ввести помимо дыхательного объема ещё дополнительно 1500−2000 мл воздуха — это резервный объём вдоха (РОвд). Резервный объем вдоха — это тот объем воздуха, который человек может вдохнуть помимо спокойного вдоха, то есть через силу.

А после спокойного выдоха можно усиленно выдохнуть еще 1000−1500 мл — это резервный объем выдоха (РОвыд). Резервный объем выдоха — это тот объем воздуха, который человек может выдохнуть после свободного выдоха, то есть через силу. Сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха характеризует емкость вдоха (Евд).

Сумма трех объемов — дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха — составляет жизненную ёмкость легких (ЖЁЛ). Жизненная емкость легких — это тот максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального входа. Жизненная ёмкость легких является возрастным и функциональным показателем системы дыхания.

Но даже после максимального выдоха в легких остается объем воздуха, который всегда их заполняет, — это остаточный объём (ОО). Остаточный объём остается в легких даже умершего человека и животного. Остаточный объем выходит в атмосферу только в случае разгерметизации плевральной полости.

Но при спокойном дыхании в легких остается значительно больше воздуха, чем остаточный объём. То количество воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха, называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ). Она состоит из остаточного объёма воздуха и резервного объёма выдоха.

То наибольшее количество воздуха, которое полностью заполняет легкие, называется общей ёмкостью легких (ОЁЛ). Она включает жизненную ёмкость легких и остаточный объём воздуха.

Количество дыхательных движений (один вдох и один выдох) за 1 минуту называется частотой дыхания (ЧД). Частота дыхания при спокойном дыхании составляет 10 — 12 дыхательных движений.

Соотношение между объёмами и ёмкостями легких хорошо видно на следующем рисунке.

С возрастом физиологические объемы легких увеличиваются, особенно жизненная емкость легких (Табл. N 9). Дыхательный объем у ребенка в 1 месяц составляет 30 мл, в 1 год — 70 мл, в 6 лет — 156 мл, в 10 лет — 239 мл, в 14 лет — 300 мл.

Механизм вдоха. Сокращение наружных межреберных мышц поднимают ребра, сокращение диафрагмы опускает ее на 3−4 см, что увеличивает объем грудной полости почти на 1000 мл. Давление в плевральной полости ниже атмосферного (на 5−7 мм рт. ст.), и вслед за движением грудной клетки расширяются легкие. Эластическая тяга легких (сопротивление растяжению) способствует еще большему падению давления в плевральной полости, поэтому внешнее (атмосферное) давление растягивает стенки легких. Таким образом, поступление воздуха в легкие — пассивный процесс, который обеспечивает разность давлений в плевральной полости и во внешней среде.

Механизм выдоха. При расслаблении наружных дыхательных мышц и диафрагмы объем грудной полости уменьшается (спокойный выдох). Сокращения внутренних межреберных мышц и мышц брюшного пресса обеспечивают максимальный выдох.

2.4 Легочные объемы и емкости легких

Вентиляция легких — непрерывный регулируемый процесс обновления газового состава воздуха, содержащегося в легких. Вентиляция легких обеспечивается введением в них атмосферного воздуха, богатого кислородом, и выведении при выдохе газа, содержащего избыток углекислого газа.

Легочная вентиляция характеризуется минутным объемом дыхания. В состоянии покоя взрослый человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха при частоте 16−20 раз в минуту (минутный 8−10 л), новорожденный дышит чаще — 60 раз, ребенок 5 лет — 25 раз в минуту. Объем дыхательных путей (где газообмен не происходит) — 140 мл, так называемый воздух вредного пространства; таким образом, в альвеолы поступает 360 мл. Редкое и глубокое дыхание уменьшает объем вредного пространства, и оно значительно эффективнее.

К статическим объемам относятся величины, которые измеряют после завершения дыхательного маневра без ограничения скорости (время) его выполнения.

К статическим показателям относятся четыре первичных легочных объема: — дыхательный объем (ДО — VT);

резервный объем вдоха (Ровд — IRV);

резервный объем выдоха (РОвыд — ERV);

остаточный объем (ОО — RV).

А также и емкости:

жизненная емкость легких (ЖЕЛ — VC);

емкость вдоха (Евд — IC);

функциональная остаточная емкость (ФОЕ — FRC);

общая емкость легких (ОЕЛ — TLC).

Динамические величины характеризуют объемную скорость воздушного потока. Их определяют с учетом времени, затраченного на выполнение дыхательного маневра.

К динамическим показателям относятся:

объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ₁ — FEV₁);

форсированная жизненная емкость (ФЖЕЛ — FVC);

пиковая объемная (PEV) скорость выдоха (ПОСвыд — PE) и др.

Объемы и емкости легких здорового человека определяет ряд факторов:

1) рост, масса тела, возраст, расовая принадлежность, конституциональные особенности человека;

2) эластические свойства легочной ткани и дыхательных путей;

3) сократительные характеристики инспираторных и экспираторных мышц.

Для определения легочных объемов и емкостей используются методы спирометрии, спирографии, пневмотахометрии и бодиплетизмографии.

Для сопоставимости результатов измерений легочных объемов и емкостей полученные данные должны соотноситься со стандартными условиями: температура тела 37 ^оС, атмосферного давления 101 кПА (760 мм рт ст), относительной влажности 100%.

Дыхательный объем

Дыхательный объем (ДО) — это объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальном дыхании, равный в среднем 500 мл (с колебаниями от 300 до 900 мл). Из него около 150 мл составляет объем воздуха функционального мертвого пространства (ВФМП) в гортани, трахее, бронхах, который не принимает участия в газообмене. Функциональная роль ВФМП заключается в том, что он смешивается с вдыхаемым воздухом, увлажняя и согревая его.

Резервный объем выдоха

Резервный объем выдоха — это объем воздуха, равныйу1500 — 2000 мл, который человек может выдохнуть, если после нормального выдоха сделает максимальный выдох.

Резервный объем вдоха

Резервный объем вдоха — это объем воздуха, который человек может вдохнуть, если после нормального вдоха сделает максимальный вдох. Равен 1500 — 2000 мл.

Жизненная емкость легких

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — максимальное количество воздуха, выдыхаемое после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ является одним из основных показателей состояния аппарата внешнего дыхания, широко используемым в медицине.

Вместе с остаточным объемом, т. е. объемом воздуха, остающегося в легких после самого глубокого выдоха, ЖЕЛ образует общую емкость легких (ОЕЛ). В норме ЖЕЛ составляет около ¾ общей емкости легких и характеризует максимальный объем, в пределах которого человек может изменять глубину своего дыхания. При спокойном дыхании здоровый взрослый человек использует небольшую часть ЖЕЛ: вдыхает и выдыхает 300−500 мл воздуха (так называемый дыхательный объем). При этом резервный объем вдоха, т. е. количество воздуха, которое человек способен дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха, и резервный объем выдоха, равный объему дополнительно выдыхаемого воздуха после спокойного выдоха, составляет в среднем примерно по 1500 мл каждый. Во время физической нагрузки дыхательный объем возрастает за счет использования резервов вдоха и выдоха.

Жизненная емкость легких является показателем подвижности легких и грудной клетки. Несмотря на название, она не отражает параметров дыхания в реальных («жизненных») условиях, так как даже при самых высоких потребностях, предъявляемые организмом к дыхательной системе, глубина дыхания никогда не достигает максимального из возможных значений.

С практической точки зрения нецелесообразно устанавливать «единую» норму для жизненной емкости легких, так как эта величина зависит от ряда факторов, в частности от возраста, пола, размеров и положения тела и степени тренированности.

С возрастом жизненная емкость легких уменьшается (особенно после 40 лет). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки.

У женщин в среднем на 25% меньше, чем у мужчин.

Зависимость от роста можно вычислить по следующему уравнению:

ЖЕЛ=2.5*рост (м)

ЖЕЛ зависит от положения тела: в вертикальном положение она несколько больше, чем в горизонтальном положении. Объясняется это тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови.

У тренированных людей (особенно у пловцов, гребцов) она может составлять до 8 л, так как у спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).

Остаточный объем

Остаточный объем (ОО) — это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Равен 1000 — 1500 мл.

Общая емкость легких

Общая (максимальная) емкость легких (ОЕЛ) является суммой дыхательного, резервных (вдох и выдох) и остаточного объемов и составляет 5000 — 6000 мл.

Исследование дыхательных объемов нужно для оценки компенсации дыхательной недостаточности путем увеличения глубины дыхания (вдоха и выдоха).

Жизненная емкость легких. Систематические занятия физкультурой и спортом способствуют развитию дыхательной мускулатуры и расширению грудной клетки. Уже через 6−7 месяцев после начала занятий плаванием или бегом жизненная емкость легких у юных спортсменов может возрасти на 500 куб. см. и более. Снижение ее — признак переутомления.

Измеряется Жизненная емкость легких специальным прибором — спирометром. Для этого закройте вначале пробкой отверстие внутреннего цилиндра спирометра и продезинфицируйте его мундштук спиртом. После глубокого вдоха сделайте через взятый в рот мундштук глубокий выдох. При этом воздух не должен проходить мимо мундштука или через нос.

Измерение повторяют дважды, а в дневнике записывают наивысший результат.

Жизненная емкость легких у человека колеблется от 2,5 до 5л, а у некоторых спортсменов достигает 5,5л и более. Жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, физического развития и других факторов. Уменьшение ее более чем на 300 куб. см может указывать на переутомление.

Очень важно научиться полному глубокому дыханию, избегать его задержки. Если в покое частота дыхания обычно равна 16−18 в мин., то при физической нагрузке, когда организм нуждается в большем количестве кислорода, эта частота может достигать 40 и белее. При появлении же частого поверхностного дыхания, одышки нужно прекратить занятие, отметить это в дневнике самоконтроля и обратиться к врачу.

2.5 Нормативы и должные величины

Суждение о выраженности нарушений по результатам однократного исследования основывается на сопоставлении полученных показателей с их нормативами и должными величинами.

Под нормативом следует понимать среднее значение и дисперсию (б) функционального показателя, полученные при обследовании здоровых лиц, отобранных по полу и возрасту.

Должная величина — теоретически наиболее вероятная величина показателя, предсказанная по установленным у здоровых зависимостям между данным показателем, возрастом и антропометрическими характеристиками субъекта. Твердо установлено, что имеется тесная зависимость большинства показателей дыхания от возраста и роста, часто в разных отношениях у мужчин и женщин. Зависимость же от массы тела выявляется лишь постольку, поскольку масса тела коррелирует с ростом. В частности, связь ЖЕЛ с массой тела отсутствует полностью у лиц нормальной конституции, а дефицит и избыток массы ведут к занижению ЖЕЛ относительно роста обследуемого. (см. таблицу)

Таблица. Влияние массы тела на величину ЖЕЛ (по R. Amrein и др., 1969 г.)

Это обстоятельство весьма существенно и при оценке других показателей дыхания у больных со значительными отклонениями массы тела от нормы.

Влияние изменения положения тела, естественно, делает несопоставимыми данные, полученные лежа и сидя. Существенное влияние могут иметь различные модификации метода исследования. Например, определение ЖЕЛ при выходе из положения вдоха, двух этапной ЖЕЛ и форсированной ЖЕЛ дает разные значения этого показателя. Увеличение числа повторных измерений ЖЕЛ и ФЖЕЛ с 3 до 5 раз (что не реально для больных) приводит к завышению норматива ЖЕЛ на 150 мл, а ОФВ₁ — на 110 мл. Увеличиваясь в детском и юношеском возрасте, большинство показателей достигает максимума у мужчин к 25, а у женщин — к 22 годам. Далее в течение нескольких лет следует период стабилизации этих показателей, после чего с возрастом происходит прогрессирующее их уменьшение.

С практической точки зрения нецелесообразно устанавливать «единую» норму для жизненной емкости легких, так как эта величина зависит от ряда факторов, в частности от возраста, пола, размеров и положения тела и степени тренированности.

С возрастом жизненная емкость легких уменьшается (особенно после 40 лет). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки.

У женщин в среднем на 25% меньше, чем у мужчин.

Зависимость от роста можно вычислить по следующему уравнению:

ЖЕЛ=2.5*рост (м) ЖЕЛ зависит от положения тела: в вертикальном положение она несколько больше, чем в горизонтальном положении. Объясняется это тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови.

У тренированных людей (особенно у пловцов, гребцов) она может составлять до 8 л, так как у спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).

2.6 Эластические свойства легких

Формируют их эластический тканевой каркас, силы поверхностного натяжения альвеолярной пленки, степень кровенаполнения легких и тонус гладких мышечных волокон.

Зависимость эластического давления (Pel_l) и объема легких имеет вид кривой, наклоненной к оси объема с наибольшим искривлением в зоне больших объемов (см. рис.2).

В физиологических условиях в пределах возможных изменений объема легких график зависимости Pel_l — V расположен вправо от нуля давления. Это свидетельствует о том, что при любой глубине вдоха эластическая ретракция легких направлена на их спадание. Следовательно, для поддержания любой воздухонаполненности легких требуется усилие, тем большее, чем больше объем легких.

Зависимость Pel_l — V во всем диапазоне изменений объема нелинейна, хотя при воздухонаправленности легких меньше 50% она близка к прямолинейной. На этом уровне растяжимость легких (C_l) составляет около 2.0 л *Кпа^-1. По мере углубления вдоха C_l прогрессивно уменьшается, и при максимальном вдохе она становится наименьшей, а эластическое сопротивление легких наибольшим. Таким образом, главным фактором, определяющим предел максимального вдоха, является эластическое сопротивление легких.

Растяжимость легких (отношение Pel_l — V) зависит также от направления изменений объема. (см. рис.2). При одинаковых объемах легких Pel_l всегда больше, если оно определяется в процессе вдоха, чем при выдохе. Поэтому график Pel_l — V, полученный сначала при постепенном увеличении, а затем уменьшении объема легких, образует петлю, которая называется петлей гистерезиса или отставания. Гистерезис той или иной степени является общим феноменом для всех эластических тел, включая и биологические структуры (очень небольшой эластический гистерезис свойствен и грудной клетке).

Площадь петли эластического гистерезиса легких характеризует энергетические потери, связанные с тем, что при увеличении объема требуется большее усилие, чем при его уменьшении. Экспериментально было продемонстрировано, что при заполнении легких жидкостью и выключении, следовательно, сил поверхностного натяжения эластический легочный гистерезис значительно уменьшается.

Кривая зависимости Pel_l — V сохраняет на графике изгиб только при максимальной инфляции легких, а растяжимость легких увеличивается в 2 раза. Из этих наблюдений следует, что основные энергозатраты при растяжении легких связаны с преобладанием сил поверхностного натяжения.

При средней воздухонаполненности легких трудно разделить роль сил поверхностного натяжения и эластической ретракции тканевых структур в формировании величины C_l. Физиологические значение тканевых структур на этом уровне сводиться к предохранению отдельных альвеол от перерастяжения, так как их предельные размеры определяются свойствами окружающих тканевых структур.

Различные нервные и гуморальные влияния на тонус гладких мышечных волокон и кровенаполнение легочных капилляров могут изменять геометрию альвеол и, следовательно, их поверхностное натяжение. Вероятно, что именно этими причинами обусловлены значительные различия величин C_l у здоровых.

2.7 Спирометрия

Спирометрия — метод для исследования функции внешнего дыхания, применяется для диагностики заболеваний бронхов и легких. С помощью этой методики можно поставить правильный диагноз, оценить эффективность того или иного лечения, проследить динамику болезни. Основным показателем, который определяется спирометрией — жизненная емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ — максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть или выдохнуть. Для измерения этого параметра пациент сначала делает максимальный вдох до предельного объема легких, а затем полный выдох. После такого глубокого выдоха все равно остается какой-то объем воздуха в легких. Сумма ЖЕЛ и остаточного количества воздуха в легких дает общую емкость легких. Кроме этих показателей, спирометрия позволяет определить большой ряд других параметров, по которым судят о состоянии бронхо-легочной системы. Имеются два основных типа нарушения функции внешнего дыхания: обструктивный и рестриктивный. Часто бывают смешанные нарушения, но, как правило, превалирует какой-то один тип нарушения. Обструкция — это нарушения проходимости воздуха по бронхам (спазм, отек, воспаление, мокрота, инородное тело и т. д.). Рестрикция — нарушение эластичности самой легочной ткани.

Водяной спирометр. Ознакомиться с устройством водяного спирометра. Наружный цилиндр заполняется водой до отметки «уровня воды» на стенке смотрового окошка. Внутренний цилиндр погружен в воду вверх дном и уравновешен. К внутреннему цилиндру прикреплена шкала с делениями и проградуирована на 7000 куб. см. Через резиновый шланг производится выдох воздуха во внутренний цилиндр. Цилиндр поднимается вверх. По шкале в смотровое окошко определяют результаты исследования.

Подготовка водяного спирометра к работе: вынуть пробку из отверстия внутреннего цилиндра и, установив его в исходное положение, закрыть отверстие пробкой. Перед началом измерений обработать мундштук спиртом.

Аппарат спирометр (сухой портативный) предназначен для измерения объема выдыхаемого воздуха с целью определения жизненной емкости легких. Представляет собой воздушную турбину в пластмассовом корпусе, имеющем короткую трубку со сменными мундштуками. Турбина приводится в движение струей выдыхаемого воздуха, а ее вращение передается стрелке на шкале прибора.

При эксплуатации в клиниках, больницах, научно исследовательских учреждениях спирометр может использоваться в интервале температур от 10 до 35 градусов Цельсия, при относительной влажности воздуха более 80% при температуре 25% градусов Цельсия.

Технические характеристики:

диапазон показаний, л 0−6.5

относительная погрешность при расходах от 25−60 л/мин, +/ - 8

цена деления шкалы, мл 100

масса, кг 0,150

Состав и комплектность изделия:

спирометр (1 шт.)

мундштук (6 щт.)

футляр (1 щт.)

2.8 Дыхание при физической нагрузке

При физической нагрузке регуляция дыхания не обусловлена исключительно ролью хеморецепторов, поскольку парциальное напряжение кислорода в альвеолах повышено относительно нормы в связи с увеличенной вентиляцией, или гиперпноэ, а прирост углекислого газа недостаточен для хеморецепторной стимуляции внешнего дыхания. При физической нагрузке в мышцах возрастает продукция молочной кислоты, которые стимулируют хеморецепторы дыхания.

Увеличение дыхания при физической нагрузке проявляется в виде трех фаз:

1) 1-ая фаза гиперпноэ возникает в первые 20 с. Под влиянием нисходящих двигательных команд от нейронов моторной коры и входов от проприорецепторов сокращающих мышц;

2) 2-ая фаза характеризуется медленным приростом вентиляции в результате активации под влиянием нисходящих центральных команд центров варолиева моста, регулирующих дыхание;

3) 3-ья фаза проявляется относительно постоянным уровнем активации механизмов регуляции легочной вентиляции, контроля внутренней среды организма при физической нагрузке.

3. Практическая часть

В работе принимало участие 10 испытуемых, возраст в среднем составляет 18−19 лет, все в здоровом состоянии.5 испытуемых были наиболее подготовлены к физическим нагрузкам, а другие 5 не подготовлены.

Цель работы: определить жизненную емкость легких в покое и после физической нагрузки.

Объект исследования: человек.

Оборудование и материалы: портативный (сухой) спирометр, специальный зажим для носа, сменный мундштук, вата, спирт.

Порядок выполнения:

Подготовка портативного спирометра к работе. Повернуть шкалу прибора и установить стрелку напротив «0». Мундштук обработать спиртом, наложить зажим на нос. Измерить величину жизненной емкости легких в положение стоя. Для этого испытуемый должен совершить максимальный вдох, затем максимально выдохнуть, приложив губы к мундштуку. После этого испытуемый подвергается физической нагрузке (бег в течение 25 минут по городу). После нагрузки у испытуемого аналогично измеряют жизненную емкость легких.

Результаты:

Таблица результатов лиц не подготовленных к физическим нагрузкам

Таблица результатов лиц подготовленных к физическим нагрузкам

Из данных таблицы видно, что у лиц не подготовленных к физическим нагрузкам появились явные изменения после нагрузки, в среднем жизненная емкость легких увеличилась на 0.5 л, а у лиц подготовленных к нагрузкам значительных изменений не выявлено, в среднем 0.02 л.

4. Выводы

При проведение исследования я ближе познакомился с методами определения объемов и емкостей легких, в частности со спирометрией.

Актуальностью данного исследования является то, что измерение параметров дыхания при нагрузке часто дают дополнительную информацию о функции легких. В покое у респираторной системы имеются огромные резервы; вентиляция и легочный кровоток, перенос кислорода и углекислого газа и диффузионная способность при нагрузке могут возрастать в несколько раз.

Часто на ранних стадиях поражения легкие параметры дыхания у больных в покое не отличаются от нормы, однако при нагрузке выявляются патологические изменения.

По результатам исследования видно, что у лиц не подготовленных к физическим нагрузкам появились явные изменения после нагрузки, в среднем жизненная емкость легких увеличилась на 0.5 л, а у лиц подготовленных к нагрузкам значительных изменений не выявлено, в среднем 0.02 л.

5. Список использованной литературы

1) «Физиология человека» под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса в 3-ех томах (2 том)

2) «Нормальная физиология человека» под редакцией академика РАМН Б. И. Ткаченко Москва «Медицина» 2005 г.

3) «Физиология человека» под редакцией В. М. Покровского Т.Ф. Коротького 2003 г.

4) «Нормальная анатомия человека» И. В. Гайворонский Санкт-Петербург спецлит 2003 г. В 2-ух томах

5) Практикум по нормальной физиологии Санкт-Петербург 1993 г.

6) «Основы физиологии дыхания» Дж. Уест под редакцией А. М. Генине Издательство «Мир» 1988