Дыхание при физической работе
Физическая нагрузка сопровождается значительными сдвигами в активности органов и физиологических систем организма. Повышенные энерготраты обеспечиваются увеличением утилизации кислорода, что приводит к нарастанию содержания углекислого газа в жидкостях и тканях организма. Сдвиги в химическом составе внутренней среды организма обусловливают повышение функциональной активности системы органов дыхания. Так, у тренированных людей при напряженной мышечной работе объем легочной вентиляции возрастает до 5·10-2 м3 и даже до 1·10-1 м3 (50 и даже 100 л/мин) по сравнению с 5·10-3-8·10-3 м3 (5-8 л/мин) в состоянии относительного физиологического покоя.
Повышение минутного объема дыхания при физической нагрузке связано с увеличением глубины и частоты дыхательных движений. При этом у тренированных людей в основном изменяется глубина дыхания, у нетренированных - частота дыхательных движений.
Сдвиги в функциональной активности системы дыхания при физической нагрузке обусловливаются нервными и гуморальными механизмами. При физической нагрузке увеличивается концентрация в крови и тканях углекислого газа и молочной кислоты, которые стимулируют нейроны дыхательного центра как гуморальным путем, так и за счет нервных импульсов, поступающих от сосудистых рефлексогенных зон. Кроме того, нейроны дыхательного центра стимулируются нервными влияниями, идущими от проприорецепторов дыхательных и скелетных мышц. Наконец, активность нейронов дыхательного центра обеспечивается потоком нервных импульсов, поступающих из клеток коры головного мозга, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода и избытку углекислого газа.
Одновременно с изменениями в системе дыхания при физической нагрузке возникают приспособительные реакции в сердечно-сосудистой системе. Увеличиваются частота и сила сердечных сокращений, повышается кровяное давление, происходит перераспределение сосудистого тонуса - расширяются сосуды работающих мышц и суживаются сосуды других областей. Кроме того, открывается дополнительное количество капилляров в работающих органах и происходит выброс крови из депо.
Значительную роль в координации функций органов и физиологических систем при физической нагрузке играет кора головного мозга. Так, в предстартовом состоянии у спортсменов отмечается увеличение силы и частоты сердечных сокращений, возрастает легочная вентиляция, повышается кровяное давление. Следовательно, условнорефлекторный механизм - один из важнейших нервных механизмов адаптации организма к меняющимся условиях внешней среды.
Система дыхания обеспечивает возросшие потребности организма в кислороде. Системы же кровообращения и крови, перестраиваясь на новый функциональный уровень, способствуют транспорту кислорода к тканям и углекислого газа к легким.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит сущность и значение дыхания?
2. Какие звенья дыхательного процесса Вы знаете?
3. Каков состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха?
4. Каково строение верхних дыхательных путей и легких?
5. Каково значение внутригрудного отрицательного давления?
6. Каковы фазы дыхательного цикла? Дайте им характеристику.
7. Каковы механизмы вдоха и выдоха?
8. Что демонстрируется с помощью модели Дондерса?
9. Какие существуют легочные объемы?
10. Что такое легочная вентиляция?
11. Какая физическая закономерность лежит в основе диффузии газов во всех звеньях дыхательного процесса?
12. Каков механизм транспорта кислорода кровью?
13. Как осуществляется транспорт углекислого газа кровью?
14. Каково значение карбоангидразы в транспорте углекислого газа?
15. Из каких нейронов состоит дыхательный центр и где он расположен?
16. Как доказать гуморальную регуляцию активности дыхательного центра?
17. Каковы пути влияния углекислого газа на активность нейронов дыхательного центра?
18. Как изменяется характер дыхательных движений в зависимости от концентрации углекислого газа в крови?
19. Каков механизм первого вдоха новорожденного?
20. Назовите постоянные рефлекторные влияния на активность нейронов дыхательного центра?
21. Перечислите непостоянные рефлекторные влияния на активность дыхательного центра?
22. Как осуществляется саморегуляция дыхательного процесса?
23. Какова роль коры головного мозга в регуляции дыхательного процесса?
24. Какие существуют уровни регуляции активности дыхательного центра?
25. Как изменяется функциональная активность системы дыхания при физической нагрузке?
Задачи
1. Жизненная емкость легких обследуемого составляет 4,2·10-3 м3 (4200 мл), резервный объем выдоха - 1,6·10-3 м3 (1600 мл), резервный объем вдоха - 1,9·10-3 м3 (1900 мл). Каков минутный объем дыхания обследуемого, если частота дыхания у него 16 в 1 мин?
2. Два человека, близкие по возрастным и физическим данным, участвуют в беге на 1000 м. В конце дистанции минутный объем дыхания у первого составлял 1,2·10-1 м3 (120 л) при частоте дыхания 80 в 1 мин, у второго - 1,2·10-1 м3 (120 л) при частоте дыхания 40 в 1 мин. Кто из обследуемых является более тренированным?
3. Содержание газа в газовой смеси при общем давлении 101,1 кПа (760 мм рт. ст.) составляет 14,5%. Каково парциальное давление газа?