Дыхательная система. Теории утомления

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Инженерно-педагогический институт

Кафедра физиологии и безопасности жизнедеятельности

Контрольная работа

по дисциплине «Возрастная физиология и психофизиология»

Работу выполнил: Гвоздев Артём Константинович

Екатеринбург 2007

Содержание

Введение

1. Дыхательная система

1.1 Строение и функции дыхательной системы

1.2 Лёгочные объёмы. Показатели дыхания в покое и при мышечных нагрузках

1.3 Жизненная ёмкость лёгких

1.4 Формирование системы дыхания в онтогенезе

2. Утомление

2.1 Утомление как особое функциональное состояние организма

2.2 Теории утомления

Заключение

Список литературы

Введение

Любая система в человеческом организме, будь то дыхательная, нервная, сердечнососудистая, призвана поддерживать жизнедеятельность человеческого организма. Говорить об актуальности изучения той или иной жизненной системы, по крайней мере, наивно. Всё в организме взаимосвязано, без всякого деления по степени актуальности.

В данном реферате, в первой части, автор опишет строение и функции дыхательной системы, различные медицинские параметры её. Во второй части представит различные теории на природу утомляемости, физиологические характеристики утомления.

Цели и задачи - показать будущему инженеру-педагогу особенности дыхательной системы человека, в особенности в юном возрасте. Поскольку предполагается, что будущие выпускники будут работать в сфере профессионального обучения, то им необходимо ясно представлять себе особенности возрастной физиологии и психофизиологии.

1. Дыхательная система

1.1 Строение и функции дыхательной системы

Дыхательная система (синоним система внешнего дыхания) - совокупность органов и анатомических образований, обеспечивающих движение воздуха из атмосферы к лёгочным альвеолам и обратно (дыхательные циклы вдох-выдох) и газообмен между поступающим в лёгкие воздухом и кровью. Схематическое изображение дыхательной системы человека представлено на рис. 1. Собственно органами дыхания являются лёгкие и дыхательные пути: верхние (нос, придаточные пазухи носа, глотки) и нижние (гортань, трахея, бронхи, включая концевые, или терминальные, бронхиолы). Обильное кровоснабжение дыхательных путей и жидкий секрет желез их эпителия имеют значение для поддержания необходимых параметров температуры и влажности воздуха, проникающего в лёгкие из атмосферы. Максимальная общая площадь поверхности контакта кровеносных капилляров с альвеолами где происходит газообмен, составляет у взрослого около 90 м². К дыхательной системе относятся также грудная клетка и дыхательные мышцы, деятельность которых обеспечивает растяжение лёгких с формированием фаз вдоха и выдоха и изменение давления в плевральной полости, дыхательный центр, периферические нервы и рецепторы, участвующие в регуляции дыхания.

Дыхание (respiratio) - совокупность процессов, обеспечивающих поступление из атмосферного воздуха в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа. В результате биологического окисления в клетках освобождается энергия, идущая на обеспечение жизнедеятельности организма. Нормальная жизнедеятельность клеток возможна лишь при условии удаления конечных продуктов метаболизма, к числу которых относится углекислый газ.

Различают внешнее дыхание, транспорт газов кровью и тканевое дыхание. Внешнее дыхание - это совокупность процессов газообмена, осуществляемых с помощью дыхательных мышц, бронхолёгочного аппарата и системной регуляции, обеспечивающей вентиляцию лёгочных альвеол и диффузию газов через альвеолярно-капиллярные мембраны. Во внешнем дыхании выделяют две стадии: конвекционный транспорт газов в альвеолы (вентиляция); диффузия из альвеол в кровь лёгочных капилляров кислорода и в обратном направлении углекислого газа.

Вентиляция альвеол происходит благодаря чередованию вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает насыщенный кислородом атмосферный воздух, а при выдохе в окружающую среду удаляется воздух, бедный кислородом и богатый углекислым газом. Передвижение воздуха во время вдоха и выдоха обусловлено попеременным увеличением и уменьшением размеров грудной клетки за счёт сокращения дыхательных мышц.

Рис. 1. Дыхательная система человека

1 - носовая полость; 2 - ротовая полость; 3 - гортань; 4 - трахея; 5 - левый главный бронх; 6 - левое лёгкое; 7 - правое легкое; 8 - сегментарные бронхи; 9 - правые лёгочные артерии; 10 - правые лёгочные вены; 11 - правый главный бронх; 12 - глотка; 13 - носоглоточный ход.

1.2 Лёгочные объёмы. Показатели дыхания в покое и при мышечных нагрузках

дыхательный легкое мышечный утомление

Объём легких определяется силой P_L, которая равна разности между давлением в альвеолах Р_А и внутриплевральным (внутригрудным) давлением

P_plЧ??R_L = Р_А - P_pl.

В нормальных условиях лёгкие всегда растянуты. На их поверхности создается некоторое напряжение, обусловленное растяжением эластических элементов лёгочной ткани (так называемая эластическая тяга лёгких) и силами поверхностного натяжения в стенках альвеол. Эти силы обеспечивают отрицательное давление в плевральной полости (по отношению к давлению в альвеолах). Поэтому P_pl, численно равно эластической тяге лёгких E_L. В конце выдоха внутриплевральное давление ниже атмосферного на 3-5 см вод. ст. (0,3-0,5 кПа), а на высоте вдоха - на 6-8 см вод. ст. (0,6-0,8 кПа).

Изменения внутриплеврального давления можно регистрировать с помощью пищеводного зонда, т. к. давление в полости пищевода достаточно точно воспроизводит изменения внутриплеврального давления.

При спокойном дыхании в течение одного вдоха в лёгкие поступает 400-500 мл воздуха (дыхательный объём - ДО), а при максимально глубоком вдохе - ещё примерно 1500 мл воздуха (резервный, или дополнительный, объём вдоха - РО_вд.). После спокойного выдоха человек может дополнительно выдохнуть примерно 1500 мл воздуха (резервный объём выдоха - РО_выд.), такое же количество воздуха остаётся в лёгких после максимального выдоха (остаточный объём легких - ООЛ). Объём воздуха в лёгких в конце спокойного выдоха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЕ), которая представляет собой сумму показателей РО_выд. и ООЛ. Наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха, - это жизненная ёмкость лёгких, которая является суммой величин показателей ДО, РО_вд., РО_выд. и в среднем равна 3500 мл. Общая ёмкость легких (ОЕЛ), т.е. количество воздуха, содержащееся на высоте максимального вдоха, равна сумме показателей жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ) и ООЛ.

Из числа указанных показателей наибольшее практическое значение имеют ДО, ЖЕЛ и ФОЕ. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров и положения тела, степени тренированности. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% меньше, чем у мужчин. Благодаря функциональной остаточной ёмкости поддерживается постоянство содержания кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе независимо от дыхательных движений. Поскольку ФОЕ в несколько раз больше ДО, изменение состава альвеолярного воздуха при вдохе относительно невелико. В среднем ФОЕ у людей молодого возраста составляет 2,4 л, а в пожилом возрасте - 3,4 л. У женщин ФОЕ примерно на 25% меньше, чем у мужчин.

Минутный объём дыхания (МОД) - объём вдыхаемого или выдыхаемого воздуха за 1 мин - рассчитывается путём умножения величины дыхательного объёма на частоту дыхания. В покое МОД равен 6-9 л. Максимальная вентиляция лёгких колеблется в диапазоне 80-90 л/мин, достигая у тренированных лиц 170 л/мин.

При условии нормальной функции лёгких только около ²/₃ каждого дыхательного объёма достигают альвеол, снабжаемых смешанной венозной кровью, и т.о. принимают участие в газообмене. Этот объём составляет так называемую эффективную, или альвеолярную, вентиляцию. Остающаяся треть, не участвующая в газообмене, - мёртвое, или вредное, пространство. Оно включает анатомическое мёртвое пространство (объём газа, который вентилирует воздухоносные пути) и альвеолярное мёртвое пространство (объём газа, который можно рассматривать как не принимающий участие в газообмене на альвеолярном уровне).

Объём анатомического мёртвого пространства зависит от размеров лёгких и составляет примерно 2,22 мл на 1 кг массы тела. В клинической практике объём анатомического мёртвого пространства у взрослого человека принято считать равным 150 мл. Альвеолярное мёртвое пространство не имеет чётких анатомических границ. У здорового человека в положении лёжа на спине анатомическое и альвеолярное мёртвое пространство почти равны, при этом альвеолярное мёртвое пространство минимально мало. В вертикальном положении, когда в высоко расположенные альвеолы не поступает воздух, оно может возрастать на 60-80 мл. При тяжёлых заболеваниях легких с выраженным несоответствием между лёгочной вентиляцией и кровоснабжением альвеол альвеолярное мёртвое пространство может увеличиваться на 100-120 мл. Часть минутного объёма дыхания, достигающая альвеол, называется альвеолярной вентиляцией. Именно от этой величины зависит поддержание газового состава альвеолярного воздуха. Поскольку объём мёртвого пространства постоянен, альвеолярная вентиляция тем больше, чем глубже дыхание.

Дыхательный коэффициент (ДК) - отношение объёма выделенного через лёгкие углекислого газа к объёму поглощённого за это же время кислорода; величина ДК при пребывании исследуемого в покое зависит от вида окисленных в организме пищевых веществ.

Дыхательный объём (дыхательный воздух - устар.) - объём воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого при одном дыхательном цикле.

Дыхательный эквивалент (ДЭ) - показатель эффективности лёгочной вентиляции: отношение минутного объёма лёгочной вентиляции к должному потреблению кислорода за 1 мин., умноженному на 10.

1.3 Жизненная ёмкость лёгких

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

Вместе с остаточным объёмом, т.е. объёмом воздуха, остающегося в лёгких после самого глубокого выдоха, ЖЕЛ образует общую ёмкость лёгких (ОЕЛ). В норме ЖЕЛ составляет около ³/₄ общей ёмкости лёгких и характеризует максимальный объём, 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 объём). При этом резервный объём вдоха, т.е. количество воздуха, которое человек способен дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха, и резервный объём выдоха, равный объёму дополнительно выдыхаемого воздуха после спокойного выдоха, составляет в среднем примерно по 1500 мл каждый. Во время физической нагрузки дыхательный объём возрастает за счёт использования резервов вдоха и выдоха.

Определяют ЖЕЛ с помощью спирографии. Величина ЖЕЛ в норме зависит от пола и возраста человека, его телосложения, физического развития, а при различных заболеваниях она может существенно уменьшаться, что снижает возможности приспособляемости организма больного к выполнению физической нагрузки. Для оценки индивидуальной величины ЖЕЛ на практике принято сравнивать её с так называемой должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ), которую вычисляют по различным эмпирическим формулам. Так, исходя из показателей роста обследуемого в метрах и его возраста в годах (В), ДЖЕЛ (в литрах) можно рассчитать по следующим формулам: для мужчин ДЖЕЛ = 5,2ґрост -- 0,029ґВ -- 3,2; для женщин ДЖЕЛ = 4,9ґрост -- 0,019ґВ -- 3,76; для девочек от 4 до 17 лет при росте от 1 до 1,75 м ДЖЕЛ = 3,75ґрост -- 3,15; для мальчиков того же возраста при росте до 1,65 м ДЖЕЛ = 4,53ґрост -- 3,9, а при росте свыше 1,65 м --ДЖЕЛ = 10ґрост -- 12,85.

Превышение должных значений ЖЕЛ любой степени не является отклонением от нормы, у физически развитых лиц, занимающихся физкультурой и спортом (особенно плаванием, боксом, лёгкой атлетикой), индивидуальные значения ЖЕЛ иногда превышают ДЖЕЛ на 30% и более. ЖЕЛ считается сниженной, если ее фактическая величина составляет менее 80% ДЖЕЛ.

1.4 Формирование системы дыхания в онтогенезе

Онтогенез (от греч. on, род п. оntos -- сущее, и genesis -- возникновение, происхождение) - индивидуальное развитие организма, совокупность преобразований, претерпеваемых организмом от зарождения до конца жизни. Термин введен немецким биологом Э. Геккелем (1866).

Зарождение системы дыхания происходит на ранних стадиях внутриутробного развития эмбриона.

У новорожденных и недоношенных детей отмечается выраженная дыхательная аритмия вследствие незрелости дыхательного центра. В периоде новорожденности частота дыхания оставляет 40-60 в минуту, она увеличивается даже при незначительном возбуждении. Вследствие горизонтального положения рёбер и слабого развития дыхательных мышц дыхание у новорожденных поверхностное, осуществляется во многом за счёт диафрагмы.

Чем меньше возраст ребенка, тем уже дыхательные пути: диаметр долевых бронхов новорожденного - 1,5 мм, в 1 год - 3 мм, в 4 года - 3,5мм (у взрослых - 5-6 мм). Давление в плевральной полости у новорожденных также отличается некоторыми особенностями. Через несколько минут после первого вдоха это давление на высоте вдоха составляет - 10 см вод. ст. - 1кПа). Однако в конце выдоха разница между внутриплевральным и атмосферным воздухом у новорожденного равно 0. По мере роста организма эластическая тяга легких в конце выдоха постепенно увеличивается. Отклонения от индивидуальных физиологических норм дети переносят несколько лучше, чем взрослые. Однако чем меньше возраст ребёнка, тем сильнее воздействие на дыхательную систему наркотиков и различных токсических веществ.

При старении организма вследствие изменений костно-мышечного аппарата грудной клетки, воздухоносных путей, лёгочной паренхимы, сосудов малого круга кровообращения условия лёгочной вентиляции ухудшаются. Снижается максимальная вентиляция лёгких - объём воздуха, проходящий через лёгкие за определённый промежуток времени при дыхании с наиболее возможными частотой и глубиной. В результате увеличения физиологического мёртвого пространства уменьшается доля альвеолярной вентиляции в минутном объёме дыхания. Снижение эффективности вентиляции связано с нарушением равномерности распределения вдыхаемого воздуха из-за потери лёгочной тканью эластичности, нарушения бронхиальной проходимости. Отмечается несовершенство адаптивных механизмов внешнего дыхания. Так, у лиц пожилого и старческого возраста МОД увеличивается преимущественно за счёт частоты, а не глубины дыхания, максимум респираторных реакций смещается к концу нагрузки, нарушается чёткое соотношение между интенсивностью работы и изменением дыхательной функции, удлиняется период восстановления сдвигов, увеличивается кислородный долг.

2. Утомление

Утомление - совокупность изменений в физическом и психическом состоянии человека и животного, развивающихся в результате деятельности и ведущих к временному снижению её эффективности. Субъективное ощущение утомления называется усталостью.

2.1 Утомление как особое функциональное состояние организма

В зависимости от выполняемой работы выделяют умственное и физическое утомление, при котором учитываются отклонения энергетических показателей обмена, например, изменение температуры тела, биоэлектрических потенциалов. В связи с тем, что обнаружилась принципиальная общность физического и умственного утомления, приобретает большое распространение классификация, основанная на преимущественной локализации утомления в звеньях нервной системы, обеспечивающей деятельность человека. Так, различают сенсорное утомление и его разновидности (перцептивное и информационное) и эффекторное утомление. Однако, та или иная классификация зависит от принятой физиологической теории утомления.

Сенсорное утомление - развивается в результате длительного или интенсивного воздействия раздражителей (например, сильный шум, свет), при котором первичные изменения возникают в сенсорных системах, начиная от рецептора и кончая корковым концом анализатора.

Перцептивное утомление, локализованное, преимущественно, в корковом конце анализатора, связано с трудностью обнаружения сигнала (например, при больших помехах, при его малой интенсивности, трудности дифференцирования).

Информационное утомление развивается вследствие недостаточности информации или при информационной перегрузке, когда наибольшая нагрузка падает на динамику межцентральных отношений, заключающуюся в замыкании временных связей между различными структурами в центральной нервной системе и оживлении ассоциативных связей, позволяющих правильно отразить в сознании объективную картину внешней среды.

Эффекторное утомление возникает при локализации изменений преимущественно в отделах центральной нервной системы, формирующих двигательный акт.

При изменениях, позволяющих вследствие интенсивных процессов репродуктивной деятельности, связанной лишь с обработкой получаемой информации по жёстким правилам (например, счёт, разнесение по рубрикам), а также продуктивной, включающей процессы преобразования информации и формирования суждения, понятия, умозаключения и т.п., и эвристической, т.е. творческой, осуществляемой по индивидуальным, неявным алгоритмам, формируется умственное утомление.

В связи с тем, что при трудовой деятельности чаще сочетаются все перечисленные изменения, выделяют общее утомление, подчёркивая при этом наиболее выраженные нарушения в центральной нервной системе.

2.2 Теории утомления

Из многочисленных теорий утомления теории «отравления» немецкого учёного Э. Пфлюгера (1872), «истощения» М. Шиффа (1868, Швейцария), «обменная теория» английского исследователя А Хилла (1929) и других имеют только исторический интерес. Признаны две группы современных теорий, на основании которых первичными считаются изменения в нервных центрах. Согласно одной из них, основой для утомления являются гипоксические, т.е. связанные с недостаточностью кислородного снабжения, нарушения в нервных структурах, регулирующих процессы гомеостаза, в особенности изменения в сфере медиаторного обмене и химических процессов возникновения и передачи возбуждения. Сторонники второй группы отрицают единый механизм возникновения утомления. По их мнению, появление утомления может быть обусловлено рядом факторов или их комбинацией, начиная с недостаточности кровообращения при локальном мышечном утомлении и кончая изменением структуры гомеостатической регуляции со стороны высших отделов центральной нервной системы (охранительное торможение) при общем утомлении.

Большую роль в разработке современных теорий утомления сыграли И.М. Сеченов, И.П. Павлов, Н.Е. Введенский, А.А. Ухтомский и Л.А. Орбели.

Последний рассматривал утомление как нарушение адаптационно-трофической регуляции со стороны вегетативной нервной системы.

Проблему утомления изучали советские физиологи Г.В. Фольборт, С.А. Косилов и другие. В современных исследованиях вскрыт ряд тонких механизмов утомления, связанных с нарушением обмена макроэргических соединений, снижением активности окислительных ферментов, изменением характера эндокринной регуляции со стороны гипоталамуса.

Начальные фазы утомления оказывают благоприятное влияние на устойчивость организма, способствуют в последующем более быстрой и совершенной мобилизации резервов и компенсаторных функций, ускоряют овладение навыком и его упрочением.

Выраженное утомление отрицательно влияет на организм, уменьшая производительность труда, и может привести сразу к предпатологической фазе срыва, а при нерациональном отдыхе и к развитию патологического состояния переутомления. Чрезмерное утомление может сопровождаться неврозами и сосудистыми заболеваниями.

Заключение

На основании всего вышеизложенного можно сделать некоторые выводы.

1. Дыхательная система человека является одной из составных, сложнейших и неотъемлемых частей человеческого организма, направленных на поддержание его жизнеспособности.

2. Развитие дыхательной системы продолжается в период жизни человеческого организма, т.е. в онтогенезе, точно так же, как и развитие всего организма в целом.

3. Существующие теории утомления, пока, не представляют целостной картины этого явления в человеческом организме. Однако, все они сходятся в одном мнении: утомление есть особое функциональное состояние организма, при котором, при определённых характеристиках, возможны серьёзнейшие расстройства организма, которые могут привести к тяжёлым заболеваниям.

Список использованной литературы

Бреслав И.С., Глебовский В.Д. Регуляция дыхания, Л., 1981

Брин В.Б. Физиология человека в схемах и таблицах. Ростов н/Д: Феникс, 1999. 216 с.

Марютина Т.М., Ермолаев О.Ю. Психофизиология. М.: Изд-во Моск. Гос. Ун-та, 1998. 306 с.

Размещено на Allbest.ru