|
|
1 Известно, что ионные каналы мембраны возбудимой клетки регулируют амплитуду мембранных потенциалов. Экспериментально обнаружено, что яд тетродотоксин блокирует натриевые каналы мембраны возбудимой клетки
№ 99 При подготовке к серьезным соревнованиям спортсмены тренируются в условиях высокогорья (примерно 2—3 км над уровнем моря) в течение месяца и больше. Во время разминок, даже в теплое время года, спортсмены одевают утепленные костюмы (греют мышцы). Крайне редко бывают «нарушители», которые дополнительно используют фармакологический препарат, содержащий гормон для усиления физиологического эффекта тренировок в горах.
Вопросы: 1. Что дают тренировки в условиях высокогорья? 2. Зачем надо разогревать мышцы? 3. О каком гормоне идет речь, и в чем его физиологическое значение? 4. Какой показатель крови может измениться при длительном пребывании в условиях высокогорья с отрицательным значением для организма?
1. Тренировки в горах повышают кислородную емкость крови за счет усиления эритропоэза, который стимулируется эритропоэтином. Продукция эритропоэтина усиливается при гипоксии почечной ткани. Гипоксия всех тканей, и почечной в том числе, развивается в результате изменения газообмена между альвеолярным воздухом и кровью (снижение парциального давления О, и СО2 в альвеолярном воздухе при дыхании в условиях пониженного атмосферного давления).
2. Тепло, продуцируемое при сокращении скелетных мышц, усиливает диссоциацию оксигемоглобина для лучшего обеспечения мышц кислородом. Спортсмены стараются лучше и дольше сохранить тепло с помощью теплой одежды, чтобы улучшить оксигенацию мышц.
3. Речь идет о эритропоэтине, который усиливает эритропоэз в красном костном мозге для увеличения кислородной емкости легких.
4. Увеличение количества форменных элементов в крови, в данном случае увеличение содержания эритроцитов, повышает вязкость крови, что негативно сказывается на гемодинамике.
|
№ 100 В эксперименте на животном исследовали роль афферентных волокон блуждающего нерва в регуляции дыхания. Эксперимент состоял из нескольких этапов: а) регистрация пневмограммы животного до и после перерезки блуждающего нерва, несущего от механорецепторов легких информацию о степени растяжения альвеол и воздухоносных путей в отдел дыхательного центра, расположенный на уровне продолговатого мозга; б) регистрация пневмограммы на фоне низкочастотной электростимуляции центрального отрезка перерезанного блуждающего нерва; в) регистрация пневмограммы на фоне высокочастотной электростимуляции центрального отрезка перерезанного блуждающего нерва.
Вопросы: 1. Опишите, какие изменения наблюдались на пневмограммах на всех этапах эксперимента (а, б, в). 2. Объясните причины наблюдаемых изменений. 3. Какова роль блуждающего нерва в регуляции дыхания?
1. В первой части эксперимента (а) после перерезки блуждающего нерва дыхание стало более редким и глубоким. На втором этапе (б) резко увеличивается длительность вдоха. На третьем (в) — вдох прерывается с началом стимуляции.
2. Частота возбуждений, идущих по афферентным волокнам блуждающего нерва от механорецепторов легких, отражает параметры полученного результата, т.е. объем воздуха, поступающий в легкие в процессе вдоха. В эксперименте искусственно, с помощью электростимуляции центрального отрезка блуждающего нерва, моделировали высокую степень растяжения легких (большая частота стимуляции) и слабое растяжение легких (низкая частота стимуляции). В первом случае вдох сразу прекращался, а во втором — растягивался на более длительное время, хотя необходимое количество воздуха уже поступило в легкие.
3. Афферентные волокна блуждающего нерва, несущие информацию от механорецепторов легких в центр вдоха и выдоха (продолговатый мозг), принимают участие в механизме смены вдоха (торможение инспираторных нейронов) на выдох (активация экспираторных нейронов, так как они находятся в реципрокных отношениях с инспираторными нейронами). Этот механизм особенно отчетливо выражен при глубоком дыхании.
|
№ 101 На двух теплокровных животных сделали операции: а) у первого животного перевязали правый бронх и левую легочную артерию; б) у второго животного перевязали левый бронх и левую легочную артерию. Сразу после операции начали регистрацию пневмограммы, но первое животное очень быстро погибло, второе осталось живым.
Вопросы: 1. Почему погибло первое животное? 2. Нарушение каких этапов дыхания явилось причиной гибели животного? 3. Опишите и объясните изменения внешнего дыхания у животных.
1. Первое животное погибло от резкой гипоксии.
2. В правом легком было нарушение на первом этапе дыхания: через перевязанный правый бронх воздух не поступал в правое легкое. В левом легком из-за перевязки левой легочной артерии прекратился кровоток, поэтому второй этап дыхания — газообмен между альвеолярным воздухом и кровью— отсутствовал. Таким образом, ни через правое, ни через левое легкое организм не получал кислород и не удалял углекислый газ.
3. В первом эксперименте наблюдалось кратковременное судорожное дыхание, затем остановка дыхания. Это было вызвано резким сдвигом рН крови (накопление СО2) и снижением уровня кислорода, что привело к гипоксии мозга и быстрой гибели животного. Во втором эксперименте, для поддержания О2/СО2 в крови на оптимальном для метаболизма уровне, за счет саморегуляции произошло компенсаторное увеличение глубины и частоты дыхания, так как левое легкое в дыхании не участвовало, а весь газообмен организма обеспечивался только правым легким.
|
|
|
№ 102 Водолазы в скафандре могут длительное время работать на глубине 100 м и больше, но при подъеме на поверхность они должны соблюдать определенные правила. Одно из них: скорость подъема должна быть медленной, иногда с промежуточным пребыванием в декомпрессионнои камере, иначе у них может возникнуть кессонная болезнь. В то же время тренированные ныряльщики также могут без дыхательной аппаратуры погружаться на большую глубину и через несколько минут быстро выныривать, при этом у них не наблюдаются симптомы кессонной болезни.
Вопросы: 1. Какие явления в организме создают предпосылки к развитию кессонной болезни? 2. Почему важно сохранять определенный режим подъема на поверхность? 3. Почему у ныряльщиков не возникает кессонная болезнь? 4. Какие механизмы саморегуляции после длительных тренировок повышают функциональные возможности человека для пребывания его на глубине относительно длительное время без дыхательной аппаратуры?
1. Водолаз при погружении под воду дышит воздухом, подаваемым с поверхности под большим давлением; при этом парциальное давление каждого газа в этом воздухе увеличено (погружение на каждые 10 м дает увеличение давления примерно на 1 атм). Чем больше давление газа, тем больше он растворяется в жидкости, в данном случае в крови и в других жидких средах организма. В крови появляется большое количество растворенных газов: кислорода, углекислого газа и азота.
2. При подъеме на поверхность давление падает и пропорционально скорости подъема растворенные газы переходят в газообразное состояние, что сопровождается появлением газовых пузырьков в крови. Особенно опасны пузырьки азота: инертный газ не вступает в химические соединения, в отличие от кислорода и углекислого газа, и его пузырьки могут закупорить кровеносные сосуды, что вызовет нарушение метаболизма в соответствующих тканях и органах, т.е. кессонную болезнь. При медленном подъеме на поверхность азот может постепенно выводиться из организма без образования большого количества пузырьков, а кислород и углекислый газ будут вступать в химические соединения. Для профилактики кессонной болезни при подводных работах в дыхательной смеси азот заменяется на другой инертный газ, который обладает меньшей растворимостью, чем азот.
3. Ныряльщики находятся под водой в течение нескольких минут, перед нырянием они вдохнули воздух при нормальном атмосферном давлении, поэтому растворимость газов в крови увеличилась. Таким образом, предпосылок для развития кессонной болезни нет.
4. Для увеличения срока пребывания под водой без дыхательной аппаратуры необходимы длительные тренировки, которые расширяют функциональные возможности организма. Достигается это за счет механизмов саморегуляции, которые позволяют увеличить кислородную емкость крови: выброс крови из депо, стимуляция эритропоэза, увеличение сродства гемоглобина к кислороду; кроме того, изменяется работа сердца.
|
№ 103 Проведены исследования по изучению влияния на организм человека дыхания в замкнутом пространстве (мешок Дугласа). Проанализированы два варианта: а) испытуемый совершает вдох и выдох через очень короткую трубку, соединенную со специальным мешком Дугласа, который заполнен атмосферным воздухом; одновременно регистрируется пневмограмма, содержание оксигемоглобина в крови и частота сердечных сокращений (исследование прекращается при возникновении одышки); б) испытуемый также дышит через короткую трубку, соединенную с мешком Дугласа, но при этом выдыхаемый воздух проходит через поглотитель углекислого газа; также регистрируется пневмограмма, содержание оксигемоглобина и частота сердечных сокращений (исследование прекращается при возникновении одышки).
Вопросы: 1. Какое исследование продолжалось дольше — первое (а) или второе (б)? 2. Какие изменения регистрируемых показателей наблюдаются в первом и втором варианте исследования и почему, и у какого испытуемого они раньше начнутся? 3. Изменения каких гомеостатических параметров в организме приводят к одышке?
1. Второе исследование (б) продолжалось дольше, так как испытуемый вдыхал из мешка воздух с нормальным содержанием углекислого газа, в то время как в первом исследовании (а) содержание СО2 быстро увеличивалось за счет поступающего выдыхаемого воздуха.
2. У первого испытуемого быстрее увеличивается частота и глубина дыхания, нарастает содержание оксигемоглобина (в начале исследования) и растет ЧСС. У второго испытуемого эти изменения будут выражены гораздо слабее и начнутся позже.
Для поддержания газового состава крови на оптимальном для метаболизма уровне включаются механизмы саморегуляции, которые работают в нескольких направлениях:
— изменение внешнего дыхания (увеличение частоты и глубины) за счет увеличения содержания СО, в организме, который гуморально стимулирует дыхание. В первом исследовании это происходит гораздо быстрее, так как испытуемый вдыхает воздух со все нарастающим содержанием СО2, а во втором этого не происходит.
Справка: на хеморецепторы дыхательного центра действует не углекислый газ, а ионы Н+, содержание которых увеличивается в крови пропорционально концентрации СО2. Внешнее дыхание зависит также от содержания кислорода в организме.
— увеличение кислородной емкости крови за счет выброса крови в депо, что приводит, в частности, к повышению содержания оксигемоглобина.
— увеличение частоты и силы сокращения сердца для повышения скорости кровотока с целью более быстрого газообмена.
3. К одышке приводит гипоксия организма (тканей), которая вызвана увеличением содержания углекислого газа (развитие ацидоза) и снижением уровня кислорода.
|
№ 104 У двух собак под наркозом провели операцию по формированию перекрестного кровообращения. После такой операции голова первой собаки получала кровь из туловища второй собаки, а голова второй — из туловища первой собаки. У первой собаки частично пережимали трахею и таким образом вызывали асфикцию, гипервентиляция развивалась у второй собаки. У первой собаки, несмотря на увеличение в артериальной крови напряжения двуокиси углерода и снижение напряжения кислорода, начиналась гиповентиляция.
Вопросы: 1. Как объяснить полученные изменения дыхания у экспериментальных животных? 2. Какой механизм регуляции дыхания подтверждается этим экспериментом? 3. Кто автор описанного эксперимента?
1. Пережатие трахеи у первой собаки вызывает гипоксию в ее организме, т.е. снижение содержания кислорода и увеличение напряжения углекислого газа в крови. Эта кровь поступает в голову второй собаки и омывает структуры дыхательного центра, пневмотаксический отдел дыхательного центра стимулирует работу инспираторного отдела, что сопровождается гиперпноэ у второй собаки. Гиперпноэ приводит к повышению содержания кислорода и снижению уровня углекислого газа в крови второго животного. Эта кровь омывает структуры дыхательного центра первой собаки и вызывает у нее апноэ.
2. В этом опыте впервые был доказан гуморальный механизм регуляции дыхания.
3. Автором данного эксперимента является итальянский физиолог Фридерик (1890).
|
|
№ 105 У двух студентов одинакового возраста и телосложения после забега на 5000 м зарегистрированы показатели внешнего дыхания. У первого студента частота дыхания (ЧД) составила 40/мин, дыхательный объем (ДО) — 500мл. У второго студента ЧД составила 27/мин, а ДО — 1200мл. Объем мертвого пространства у обоих студентов равен 150 мл, остаточный объем — 1000 мл, а резервный объем выдоха — 1500 мл.
Вопросы: 1. Почему при беге изменяются параметры внешнего дыхания? 2. Чему равны коэффициенты легочной вентиляции у студентов? 3. У кого более эффективное дыхание?
1. Увеличение физический нагрузки (бег) сопровождается стимуляцией интенсивности метаболизма, это требует повышенного кислородного обеспечения и выведения из организма избытка углекислого газа. Вот почему у обоих студентов наблюдается гипервентиляция.
2. Коэффициент легочной вентиляции (КЛВ) равен отношению разности ДО и объема мертвого пространства к сумме остаточного объема и резервного объема выдоха. Таким образом, у первого студента КЛВ = (500 - 150) : (1000 + 1500) = 0,14; у второго студента КЛВ = (1200 - 150) : (1000 + 1500) = 0,42.
3. Более эффективно дыхание у второго студента.
|
№ 106 При легком отравлении угарным газом человек почувствовал слабость, головокружение, сердцебиение.
Вопросы: 1. Каков механизм подобных явлений? 2. Как при этом изменяется кислородная емкость крови? 3. Как избавить пострадавшего от этих симптомов без лекарственных препаратов?
1. Симптомы, появившиеся у пострадавшего при легком отравлении углекислым газом, вызваны нарастающей гипоксией, так как гемоглобин стал соединяться с угарным газом и перестал транспортировать кислород.
2. Сродство гемоглобина к угарному газу в 200 раз больше, чем к кислороду, поэтому кислородная емкость крови падает.
3. При легком отравлении достаточно вынести пострадавшего на свежий воздух.
|
№ 107 При заболевании гриппом у человека происходят изменения параметров гомеостаза. Одной из первых меняется температура тела.
Вопросы: 1. Как изменится количество оксигемоглобина? 2. Как изменятся параметры внешнего дыхания? 3. Изменится ли кривая диссоциации оксигемоглобина?
1. Количество оксигемоглобина в крови падает, так как сродство Нb к кислороду при высокой температуре уменьшается.
2. Дыхание учащается.
3. Кривая диссоциации оксигемоглобина изменяется, так как сродство Нb к кислороду падает, увеличивается скорость диссоциации.
|
|
|
№ 108 Испытуемый сидит на стуле, т.е. находится в состоянии относительного покоя. В течение 5 минут он вдыхает атмосферный воздух и выдыхает в мешок Дугласа. После этого измеряют объем выдохнутого воздуха и с помощью газоанализатора определяют его газовый состав.
Известно, что в атмосферно воздухе содержится 20,96% О2 и 0,03% СО2. В выдыхаемом воздухе было обнаружено 17,5% О2 и 3,0% СО2. В течение 5 минут испытуемый выдохнул 30 л воздуха.
Допускаемые упрощения: Содержание О2 в атмосферном воздухе принять равным 21%, содержанием СО2 атмосферного воздуха пренебречь. Объем вдыхаемого воздуха принять равный объему выдыхаемого воздуха. Влияние температуры, давления и влажности окружающей среды на объемы содержащихся газов не учитывать.
Вопросы: 1. Рассчитайте энергозатраты испытуемого. 2. Как изменится: расход О2, выделение СО2 и величина ДК при физической нагрузке? 3. Как изменится энергозатраты при физической работе?
1. Так как в атмосферном воздухе содержится 21% О2, а в выдыхаемом воздухе – 17,5%, то из каждых 100 мл воздуха организмом поглощено 21-17,5=3,5 мл О2 и выделено 3,0 мл СО2. Затем рассчитывают потребление О2 за 1 минуту. Испытуемый за 5 минут выдохнул 30 л воздуха, следовательно, МЛД у него 6 л или 6000 мл. Составляем пропорцию: из 100 мл воздуха потребляется 3,5 мл О2, а из 6000 мл воздуха потребляется х. Находим х:х=6000*3,5:100=210 мл. Таким образом, за 1 минуту испытуемый поглощал 210 мл О2.
Определяем ДК:ДК = 3,0:3,5 = 0,857.
По ДК с помощью таблицы соответствия ДК и КЭК (Таблица 1) находят КЭК. Он составляет 4,876 ккал/л.
Находим расход энергии испытуемого за 1 минуту: 4,87*0,210=1,023 ккал,
За 1 час: 1,023*60=61,38 ккал,
При необходимости рассчитывают за сутки: 61,38*24=1473,12 ккал
2. При физической нагрузке расход О2 увеличивается, однако при интенсивной или продолжительной физической работы формируется кислородный долг, а недоокисленные продукты (молочная кислота) накапливаются, выделение СО
2 увеличивается, величина ДК станет 1, так как основным источником энергии является окисление углеводов.
3. Чем тяжелее физическая работа, тем больше энергозатраты. Это увеличение энергозатрат по сравнению с уровнем основного обмена является рабочей прибавкой. Величина рабочей прибавки пропорциональна тяжести физической нагрузке.
|
№ 109 У испытуемого во время физической нагрузки методом непрямой калометрии определяют уровень энергозатрат. С помощью спирометаболографа зарегистрировали потребление О2. Известно, что ДК у испытуемого составляет 0,91.
Вопросы: 1. Определите по спирограмме №1 потребление О2 за 1 мин. 2. Рассчитайте энергозатраты испытуемого за 2 часа физической работы. 3. Перечислите методы калометрии. 4. Можно ли рассчитать энергозатраты по объему выделенного СО2? По какому показателю рассчитывать предпочтительнее: по объему поглощенного О2 или по объему выделенного СО2?
1. Расход О2 составил 0,4 л/мин. О2
2. По ДК по таблице находим соответствующий КЭК, который равен 4,936 ккал/л. Находим энергозатраты за ё минуту, для чего составляем пропорцию: окисление 1 л О2 высвобождает 4,936 ккал энергии, а окисление 0,4 л О2 дает х.
х=0,4*4,936=1,974 ккал/мин.
Энергозатраты за 1 час: 1,974*60=18,44 ккал
Энергозатраты испытуемого за 2 часа работы составят: 118,44*2=236,88 ккал.
3. Калориметрия бывает: прямая и непрямая. Непрямая калориметрия бывает с полным и неполным газовым анализом, методом открытой или закрытой систем.
4. По объему выделенного СО2 энергозатраты рассчитать можно, однако его выделение не всегда точно отражает уровень метаболизма, а также вследствие большей зависимости этого газа от факторов внешней среды (температуры, влажности, давления), предпочтительнее рассчитывать энергозатраты по объему поглощенного О2.
|
№ 110 Молодой человек, имеющий смешанный характер питания, при соотношении по массе белков, жиров и углеводов в его пищевом рационе 1:1:4, выполнил интенсивную физическую работу: в течение двух часов посадил в саду 10 яблоневых деревьев.
Вопросы: 1. Как изменятся энергозатраты данного человека при выполнении физической работы по сравнению с его уровнем энергозатрат в состоянии покоя? 2. Чему равен усредненный дыхательный коэффициент данного человека в состоянии покоя? Как дыхательный коэффициент изменится: во время физической работы; сразу после физической работы; в течение первого часа после физической работы?
1. Энергозатраты при выполнении физической нагрузки повысятся на величину рабочей прибавки. КПД называется соотношение энергозатрат на совершение внешней работы к энергозатратам всей работы, выраженной в процентах. КПД организма изменяется в пределах от 16 до 25 %, в среднем составляет 20 %. При совершении физической работы значительные энергозатраты осуществляются в связи с отдачей тепла в окружающую среду.
2. Дыхательный коэффициент при смешанном питании в состоянии покоя в среднем составляет 0,85—0,90. Во время физической работы дыхательный коэффициент повышается до 1 (основным источником энергии являются углеводы), сразу после физической работы дыхательный коэффициент резко повышается и может превысить 1, затем в течение первого часа после физической работы дыхательный коэффициент снижается до величин, меньших исходного уровня, после чего восстанавливается. Из-за кислородного долга, формирующегося во время физической работы, недоокисленные продукты (молочная кислота) поступают в кровь и вытесняют углекислоту из бикарбонатов, присоединяя основания, поэтому сразу после физической работы СО, выделяется больше, чем образуется. В дальнейшем молочная кислота убывает из крови, высвобождая основания, которые связывают углекислую кислоту, вновь образуя бикарбонаты, что лежит в основе снижения величины дыхательного коэффициента в течение первого часа после работы.
| |
|
|
Скачать 0.66 Mb.