Потребность в кислороде и его запасы в организме. Привет студент Средняя потребность в кислороде взрослого человека составляет
А. М. Чарный,
"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.
Публикуется с небольшими сокращениями.
Важность кислорода для сохранения жизни организма бесспорна. Если сравнить между собой существенно необходимые для жизни организма ингредиенты - воду, питательные вещества и кислород, то окажется, что расстройство кислородного бюджета в каком-либо из звеньев наиболее быстро приводит к смерти. В организме человека, как наиболее высоко организованной форме жизни, функциональная способность жизненно важных органов существенно зависит от непосредственного снабжения их кислородом. Поэтому можно предполагать, что любое патологическое состояние тесно связано с нарушениями в кислородном бюджете организма.
Понятие «кислородный бюджет» включает весь комплекс вопросов, касающихся потребности организма в кислороде, законов проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорта его через кровеносную систему и механизма его использования в тканях. Между потреблением кислорода и выработкой энергии в организме были установлены определенные количественные соотношения. Энергетической основой жизнедеятельности организма является постоянное окисление пищевых веществ. В условиях белкового питания при потреблении 1 л кислорода образуется 4,48 ккал, при питании жиром - 4,69 ккал, при исключительно углеводной пище - 5,05 ккал тепла. Потребление 1 л кислорода в условиях смешанного питания сопровождается образованием 4,8 ккал тепла.
... Таким образом, человек в покое при минимальном газообмене потребляет около 250 мл кислорода в минуту. В то же время образуется около 200 мл углекислоты. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода увеличивается в 10 и более раз, что составляет примерно 2500-3000 мл кислорода в минуту. Это положение подтверждается данными, полученными при изучении отдельных органов в покое и при напряженной деятельности.
... При напряженной деятельности потребление кислорода значительно возрастает.
Запасы кислорода в организме человека крайне невелики; их может хватить для жизнедеятельности на 5-6 минут.
... По вычислениям Баркрофта, количество крови у кита составляет приблизительно 8000 л при общем весе его 122 000 кг. Отсюда следует, что количественные соотношения между весом тела и объемом крови у кита приблизительно того же порядка, что и у человека. Те же соотношения существуют в организме других ныряющих животных (тюлень). Сопоставление запасов кислорода в организме человека и ныряющих животных дает ясную картину незначительности этого запаса у человека и ныряющих животных. Длительное пребывание ныряющих животных под водой без доступа атмосферного кислорода и при малых запасах его в организме оказывается возможным благодаря низкой интенсивности обмена веществ. Весьма малые запасы кислорода у человека полностью удовлетворяют его физиологические потребности при условии постоянного пополнения этого запаса из внешнего воздуха . Это достигается регуляцией снабжения организма кислородом и удалением углекислоты, которая осуществляется автоматически и при больших скоростях. Условия для этого, надо полагать, были созданы на определенной стадии развития организма и являлись причиной того, что жизненно необходимый для организма газ стал легко абсорбироваться кровью и быстро отдаваться тканям. Этими условиями являются: физические свойства и законы проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорт кислорода через кровеносную систему и механизм использования кислорода в тканях.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И ЗАКОНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ЕГО В ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА
В крови и тканях организма имеется около 20 л углекислого газа, 1 л кислорода и 1 л азота. По закону Дальтона давление газа в смеси не зависит от содержания других компонентов в смеси и равно тому давлению, которое оказывало бы это количество газа , если бы оно одно занимало данный объем. Это давление называется парциальным давлением газа.
Парциальное давление кислорода в клетках, крови и жидкостях организма является важным фактором, обусловливающим его нормальную жизнедеятельность. Парциальное давление кислорода в клетках представляет собой внутриклеточное газовое давление, а в тканевой жидкости и лимфе - внеклеточное. Кемлбелл методом образования газового пузыря показал, что при любом объеме данного газа в ограниченной полости после выравнивания в условиях покоя парциальное его давление остается постоянным. Снабжение организма кислородом обеспечивается дыхательной системой, кровью и тканями. Что касается дыхательной системы, то здесь поступление кислорода подчинено законам проникновения газов через мембраны и диффузии их в жидкости.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ ЛЕГОЧНУЮ МЕМБРАНУ
Существенным фактором для газообмена между кровью и воздухом является величина дыхательной поверхности и толщина тканевого слоя между легочными капиллярами и альвеолами.
Еще Эбби (1880) указал, что дыхательная поверхность легких составляет 80 м2 при поперечнике спавшихся альвеол 0,2 мм.
Величина дыхательной поверхности легких, приводимая Цунтцем при учете им содержания воздуха в легочных альвеолах , диаметра альвеолы (0,2 мм) и ее поверхности (0,126 см2) при условии, что в легких человека находится около 725 млн. альвеол, составляет 90 м2.
Бор иначе подошел к расчету легочной поверхности. То количество газа, которое при давлении 760 мм ртутного столба проникает в 1 минуту через 1 см2 поверхности, он обозначил как инвазионный коэффициент.
... Толщина стенки, отделяющей полость альвеолы от полости капилляра, по согласованным данным многочисленных исследователей, составляет 0,004 мм. В дальнейшем оказалось, что для диффузии газов имеет значение абсорбция газов жидкостью, молекулярный вес, масса отдельных газовых молекул, давление на пограничных слоях жидкости, толщина слоя жидкости и т. п.
Количество газа, абсорбируемое единицей объема жидкости при атмосферном давлении, носит название абсорбционного коэффициента Бунзена (а). Стефан ввел понятие диффузионного коэффициента (К) - константы, зависящей от природы диффундирующего газа, жидкости и температуры.
... Таким образом, скорость диффузии газа прямо пропорциональна абсорбционному коэффициенту, различию давления диффундирующего газа по обе стороны жидкости, константе диффузии и обратно пропорциональна барометрическому давлению и толщине перегородки. Леви и Цунтц предложили вместо диффузионного коэффициента учитывать диффузионный фактор (С). Последний (на том основании, что диффузионный коэффициент пропорционален квадратному корню из молекулярного веса) выводится из диффузионного коэффициента при умножении на квадратный корень из молекулярного веса газа.
... В дальнейшем опыты Леви и Цунтца показали, что диффузия через легочную ткань происходит в 2 раза быстрее, чем через воду. Экснер объясняет это наличием липоидной мембраны. Таким образом, оказалось, что диффузионный фактор для легких будет составлять 0,139 вместо 0,065 для воды.
На основании имеющихся данных можно рассчитать, сколько кислорода может проникнуть в минуту при нормальных дыхательных движениях через 1 см2 альвеолярной стенки и, следовательно, через нормальные легкие человека.
... Через всю легочную поверхность (90 м2) за минуту проникает 90 X 10000 X 0,006756 = 6080 мл кислорода. Таким образом, структура легких обеспечивает возможность проникновения в кровь около 6080 мл кислорода в минуту. Учитывая, что потребление кислорода взрослым человеком в покое составляет 250 мл в минуту, а при напряженной мышечной работе около 3000-4000 мл, можно сделать вывод, что снабжение организма кислородом обеспечивается легкими в избытке.
Эти данные позволяют заключить, что самая напряженная работа может быть обеспечена соответствующей доставкой кислорода и что при патологических условиях, связанных с выключением большой доли легочной поверхности из
Интегрирующая цель: в процессе учебной работы над заданием вы должны:
- изучить строение к функции дыхательной системы;
- раскрыть сущность процесса дыхания в обмене веществ
- познакомить с сущностью процесса дыхания, его значением в обмене веществ и превращения энергии в организме человека;
- сформировать знания о строении органов дыхания в связи с их функциями и функцией образования звуков и формирования членораздельной речи;
- меры профилактики заболевания голосовых связок.
Оборудование:
- таблицы “Органы дыхания позвоночных животных”, “Воздухоносные пути”; муляжи гортани;
- рельефная таблица “Органы дыхания”.
ХОД УРОКА
I. Домашнее задание стр. 138-139. Ответить на вопросы и выполнить задание. Создание проблемной ситуации и подведение к новой теме. (1 мин.)
Ребята, задержите дыхание на несколько минут. Сколько времени вы можете не дышать? Почему? Так о чем мы сегодня будем говорить? (О дыхании).
Запишите в тетради тему урока “Строение и функции дыхательной системы человека”. (2 мин.).
| УЭ – 1 | Цель:
определить ваш исходный
уровень знаний о дыхании живых организмов. I. Запишите в своей тетради дату и название изучаемой темы. II. Выполните тестовую работу по теме “Дыхание” Внимательно прочитайте вопрос и варианты ответов, определите правильный ответ. В тетради запишите номер вопроса, а рядом букву, которая соответствует правильному ответу. |
Работайте самостоятельно в тетради |
1. Процесс дыхания характерен для:
2. Органы дыхания млекопитающих:
3. Человек вдыхает:
4. В результате процесса дыхания:
|
||
5. В процессе дыхания растения:
6. Форменный элемент крови, способный транспортировать газы, называется:
7. Систему органов дыхания млекопитающих составляют:
8. Артериальной называется кровь, которая:
III. Определите уровень ваших знаний по следующей схеме:
IV. Проанализируйте ошибки. |
Для того, чтобы вспомнить о дыхании различных организмов, давайте поработаем с тестом.
На доске шифр ответов:
1-а;
2-б;
3-б;
4-в;
5-а;
6-а;
7-б;
8-а. (5 мин.)
Вывод по тесту:
1. Дышат все живые организмы.
2. При дыхании поглощается О 2 , выделяется СО 2 .
3. К клеткам и тканям О 2 разносится эритроцитами.
4. Кислород необходим для окисления веществ и выделения энергии. (2 мин.)
Какие органы позвоночных участвуют в дыхании? (10 мин.)
Работа учащихся с таблицами “Органы дыхания позвоночных животных”.
Значение дыхания у человека (5 мин.)
1. Одному человеку в герметически закрытых помещениях требуется 2м 3 воздуха за 1 час.
2. 1846 г. – судно “Мери Сомс” – погиб батальон солдат, укрывавшихся в трюме, хотя судно осталось невредимым.
3. Кислородное голодание > 6 минут приводит к смерти, так как в организме нет запаса кислорода и О 2 должен равномерно поступать в организм.
Дыхательные пути по которым проходит О 2 внутрь организма, начинаются с носовой полости, затем воздух продвигается по гортани, трахее, бронхам и заканчивает свой путь в легочных пузырьках.
А теперь рассмотрим строение дыхательных путей.
2. Вставьте в текст пропущенные слова:
Дышать нужно через …
Носовая полость выстлана…, покрыта многочисленными…, которые задерживают…
Клетки носовой полости выделяют…, которая задерживает частички пыли и микробы.
IV. Запишите в тетрадь новые слова, объясните их.
V. Подготовьте устные ответы на вопросы к тексту учебника (на стр. 140, рубрика “Проверь свои знания”).
Работайте в тетради письменно
Работайте устно
Работа в группах: 1 группа – носовая полость; 2 группа – гортань,
3 группа – легкие; 4 группа – экспертная (готовит вопросы для каждой группы). (10 мин.)
Выполнение задания III, IV. (3 мин.). Проверка.
Обсуждение оценок. (2 мин.)
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
1. Гипоксия
Гипоксия - кислородная недостаточность - состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его использования в процессе биологического окисления. Компенсаторной реакцией организма является увеличение уровня гемоглобина в крови. Пусковой механизм развития гипоксии связан с гипоксемией - снижением содержания кислорода в артериальной крови.
Здоровый организм может оказаться в состоянии гипоксии, если потребность в кислороде (кислородный запрос) выше, чем возможность ее удовлетворить. Наиболее распространенными причинами возникновения такого состояния являются:
2. временное прекращение или ослабление легочной вентиляции при нырянии на различную глубину;
3. возрастание потребности в кислороде при выполнении мышечной работы.
В первых двух ситуациях при сохраненной или даже сниженной потребности в кислороде уменьшается возможность его получения, тогда как при выполнении мышечной работы возможности обеспечения кислородом отстают от растущей потребности, связанной с повышенным расходом энергии. Пребывание на высоте, выполнение физической работы, ныряние на различную глубину - нормальный элемент существования многих высших организмов, что свидетельствует о возможности адаптации к возникающим в этих случаях гипоксическим состояниям.
2. Свободные радикалы
По современным представлениям, около 2% всего поступившего в организм кислорода превращается в свободные радикалы - агрессивные обрывки молекул, которые разрушают организм. Установлено в огромном количестве экспериментов, что свободные радикалы отнимают у нас не один десяток лет жизни и провоцируют наиболее опасные заболевания, как-то рак, болезни сердца, мозга и др. Из всех разрушающих организм факторов, повреждение его свободными радикалами ставится обычно на первое место. Свободные радикалы окисляют организм, иначе говоря, способствуют его прокисанию. (Ещё Ломоносов и Лавуазье сравнивали дыхание с горением.) Некоторые учёные так и формулируют: старение - это прокисание. Как будто всё логично: чем меньше поступает кислорода в организм, тем меньше свободных радикалов, тем медленнее прокисание, тем дольше жизнь. С помощью наиболее мощных веществ, обезвреживающих свободные радикалы, удавалось продлевать жизнь животных на 60%.
3. Адаптация
Главная задача Жизни - приспособиться, иначе говоря, адаптироваться к окружающей среде. Очевидно, что природа должна была позаботиться об этом и наделить организмы соответствующими механизмами. И такой универсальный механизм имеется. Заключается он в следующем.
Предположим на организм совершено какое-то вредное разрушительное воздействие и в организме произошли разрушительные изменения. В ответ на это в нём запускаются восстановительные процессы. Но мудрость природы заключается в том, что вслед за полным восстановлением разрушенной функции происходит так называемое сверхвосстановление. То есть, организм на какое-то время становится ещё более стойким, чем был ранее.
Именно на этом принципе основаны, например, физические тренировки спортсменов. Физическая нагрузка приводит к определённому разрушению структур мышечных или иных клеток, после чего, за время отдыха, разрушенные структуры восстанавливаются сперва до нормы, а затем и сверх нормы. Если каждую последующую тренировку совершать в момент сверхвосстановления, то спортсмен будет постоянно прогрессировать. Очень важно заметить, что каждая функция организма реагирует на нагрузку по-разному. Так, спортсменам обычно требуется тренироваться по несколько раз в неделю; высоко-тренированным ежедневно и не по разу. Крайне важна и интенсивность нагрузки. Если она будет малой, достаточных разрушений в организме не произойдёт, то и сверхвосстановления и увеличения стойкости организма не произойдёт также. Если нагрузка будет слишком высокой, то наступит так называемый срыв адаптации с тяжёлыми для организма последствиями.
Примечательно, что принципу сверхвосстановления подвержены все функции организма. Сторонникам долголетия, например, может быть интересен такой факт. Учёные-физики из центра «Пущино» проводили единоразовое облучение молодых мышек определённой дозой радиации. В ответ на облучение, у мышек наблюдался некоторый всплеск мутаций в молекулах ДНК. Однако со временем состояние животных приходило в норму. Затем они становились здоровей обычного: меньше болели, в частности раком, а их продолжительность жизни заметно увеличивалась.
Итак, наш организм в ответ на вредное разрушительное воздействие отвечает приспособительной реакцией, которая делает его более стойким по отношению к этому воздействию, а иногда не только к нему но и некоторым другим. В первом случае, мы имеем дело со специфической адаптацией, во втором с неспецифической или общей адаптацией.
Грамотно используя способность организма к адаптации мы можем сделать наш организм более сильным, выносливым, здоровым, и заметно увеличить продолжительность жизни! Возможность адаптации к гипоксии (нехватке кислорода) занимает здесь одно из первых мест.
4. Адаптивные стратегии
Основные адаптивные стратегии для всех трех рассматриваемых случаев возникновения гипоксии являются общими:
1. пытаться поддерживать энергообеспечение организма, то есть синтез АТФ, на необходимом уровне путем борьбы за кислород;
2. снизить потребность организма в энергии, то есть уменьшить активность и уровень метаболизма;
3. использовать анаэробные процессы синтеза АТФ, но повысить толерантность, то есть способность переносить сдвиги кислотно-щелочного равновесия.
Однако при принципиальной общности адаптивных механизмов происхождение гипоксического состояния накладывает определенный отпечаток на структуру адаптации. Например, в условиях высокогорья в борьбе за кислород основная нагрузка ложится на системы транспорта (дыхание и кровообращение), что приводит к адаптивному увеличению их мощности. А при нырянии эта стратегия бесперспективна и обеспечение снабжения тканей кислородом достигается путем увеличения его запасов в организме. Очевидно также, что уменьшение активности и соответственно уровня метаболизма - хорошая стратегия адаптации к нырянию или пребыванию в высокогорье, но при выполнении мышечной работы она неприемлема.
Тем не менее, общих черт в адаптации к гипоксиям разного происхождения гораздо больше, чем различий, поэтому рассмотрим подробно картину адаптации к высотной гипоксии, а затем обратимся к особенностям адаптивных изменений при мышечной работе и нырянии.
5. Адаптация к гипоксии при мышечной работе
Реакция целого организма при выполнении мышечной работы направлена как на обеспечение мышечной деятельности, так и на поддержание при этом основных гомеостатических параметров. Причиной возникновения гипоксии являются повышенный расход энергии АТФ и, следовательно, резко возрастающая потребность мышц в кислороде, активно расходуемом на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях. При краткосрочной адаптации происходит нейроэндокринная стимуляция транспортных систем: увеличивается объем легочной вентиляции, минутный объем сердца. Перераспределяется кровоток в пользу работающей мускулатуры, сердца, мозга за счет внутренних органов и кожи (так что при высокой интенсивности работы может даже наблюдаться анемизация внутренних органов). При этом активация систем дыхания и кровообращения ограничена как их структурно-функциональными возможностями, так и функциональными возможностями центрального аппарата их регуляции. У нетренированного организма эти возможности меньше, чем у тренированного. Возрастает частота, а не глубина дыхания, наблюдается дискоординация между вентиляцией и кровотоком в легких, а также между дыханием и движениями, минутный объем сердца возрастает в основном за счет увеличения частоты сердечных сокращений. Таким образом, как и при высотной гипоксии, наблюдается максимальная по уровню и неэкономичная гиперфункция систем, ответственных за адаптацию, утрата функционального резерва. В результате двигательные реакции оказываются неадекватными по интенсивности, длительности и точности. При длительных тренировках, как и при адаптации к горной гипоксии, происходит перенос основной тяжести с процессов транспорта на процессы утилизации кислорода, на повышение их экономичности. На единицу выполненной работы потребляется меньшее количество кислорода. Все это подкрепляется изменениями на молекулярном, субклеточном, клеточном и тканевом уровнях. Одновременно увеличиваются мощность и экономичность функционирования двигательного аппарата, совершенствуется межмышечная координация.
Особенности адаптации к гипоксии при мышечной работе проявляются в характере изменений, наблюдаемых в самих мышцах в зависимости от тяжести и длительности физической нагрузки. При умеренных, но длительных нагрузках степень возникающей гипоксии ниже, чем при интенсивной работе, которая не может выполняться продолжительно.
В связи с этим при постоянной тренировке к умеренной работе разрастание сосудистой сети в мышцах, сердце, легких, увеличение числа митохондрий и изменение их характеристик, возрастание синтеза окислительных ферментов, усиление эритропоэза, ведущее к увеличению кислородной емкости крови, позволяют снизить уровень гипоксии или предотвратить ее. Выполнение интенсивной работы приводит к возникновению гипоксии при любой длительности тренировок. Специфика такой работы состоит в том, что расход кислорода и субстратов окисления в мышцах в единицу времени столь велик, что быстро восполнить их запасы усилением работы транспортных систем нереально. Мышцы, способные к выполнению такой нагрузки, фактически работают при этом в автономном режиме, рассчитывая на собственные ресурсы. На первые роли выходят процессы анаэробного гликолиза - малоэффективные, сопровождающиеся накоплением нежелательного метаболита - молочной кислоты и соответственно сдвигом pH, но единственно надежные в этой ситуации.
Поэтому в процессе адаптации к интенсивной (как правило, кратковременной) работе в мышцах развивается иной спектр адаптивных приспособлений, чем к длительной умеренной работе. Увеличивается мощность системы анаэробного гликолиза за счет повышенного синтеза гликолитических ферментов, повышаются запасы гликогена и креатинфосфата - источников энергии для синтеза АТФ. Увеличены мощность эндоплазматической сети в мышечных волокнах и количество хранящегося в ней Са2 +, играющего одну из главных ролей в сокращении. Это позволяет отвечать мощным залповым выбросом кальция из цистерн сети в ответ на приходящий к мышцам импульс возбуждения и тем самым увеличивать мощность сокращения. Усилен биосинтез сократительных белков, повышена активность АТФазы - фермента, расщепляющего АТФ, необходимую для сокращения.
Все эти реакции не устраняют развития тканевой гипоксии и приводят к накоплению больших количеств недоокисленных продуктов. Поэтому важным аспектом адаптивных реакций в этом случае является формирование толерантности, то есть устойчивости к сдвигу рН. Это обеспечивается увеличением мощности буферных систем крови и тканей, возрастанием так называемого щелочного резерва крови. Увеличивается также мощность системы антиоксидантов в мышцах, что ослабляет или предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран - один из основных повреждающих эффектов стресс-реакции.
При тренировке к интенсивной работе чувствительность дыхательного центра к углекислому газу снижена, что защищает дыхательную систему от ненужного перенапряжения. При систематическом выполнении умеренных физических нагрузок, сопровождающихся усилением легочной вентиляции, дыхательный центр, напротив, повышает чувствительность к СО2 , что обусловлено понижением его содержания вследствие вымывания из крови при усиленном дыхании.
6. Адаптация организмов к гипоксии при нырянии
Если организм, дышащий воздухом с помощью легких, вынужден опускаться под воду, гипоксия возникает из-за невозможности извлечь кислород из воды или принести его с собой под воду в неограниченных количествах. При исчерпании энергоресурсов и недостатке кислорода организм включает анаэробный гликолиз, что ведет к таким же последствиям, как при высотной гипоксии. Диапазон длительности пребывания под водой составляет от 1-4 мин у человека. При соблюдении общих стратегий адаптации к гипоксии при нырянии выражены и ее специфические черты. В связи с необходимостью задержки дыхания при нахождении под водой невозможной становится активация внешнего дыхания, типичного для краткосрочной адаптации к высотной гипоксии или гипоксии при мышечной работе. Поэтому борьба за поддержание кислородного гомеостаза наиболее ярко проявляется в увеличении запасов кислорода, уносимого под воду. Основной запас кислорода у ныряльщиков находится не в легких, а в крови и мышцах, в комплексе с Hb и Mb (миоглобином). Высокая концентрация Hb в сочетании с разрастанием сосудистого русла приводит к существенному увеличению кислородной емкости крови. При нырянии особенно ярко проявляется снижение общего обмена веществ и энергетических потребностей большинства органов и тканей. Это обусловлено расслаблением большей части мускулатуры и снижением функциональной активности большинства органов, включая сердце. Кислород крови используется в основном для обеспечения сердца и мозга. Кровоснабжение остальных частей тела при погружении отключается от общего кровотока благодаря наличию специальных сфинктеров. Использовав запас кислорода, связанного с миоглобином, скелетные мышцы и другие лишенные кровоснабжения органы переходят на анаэробный режим энергообеспечения. Мощность анаэробного гликолиза велика и позволяет снабжать организм энергией достаточно долго. Накапливающиеся в больших количествах метаболиты - активаторы дыхания - не способны достичь главных рецепторных зон, посылающих сигналы в дыхательный центр. Только после всплытия к поверхности молочная кислота поступает в основной кровоток, и интенсивность дыхания значительно возрастает. Поскольку CO2 и кислые метаболиты снижают прочность связывания Hb с кислородом, при их накоплении происходит более полная отдача кислорода тканям.
7. Различия адаптивных стратегий
Во всех рассмотренных примерах адаптации к гипоксии используются одни и те же основные адаптивные стратегии, сочетающие процессы, направленные на поддержание кислородного гомеостаза с повышением устойчивости к недостатку кислорода, в том числе и путем снижения потребности в нем. Имеющиеся различия в большинстве случаев носят количественный характер (например, в уровне снижения основного обмена или в концентрации миоглобина), но иногда они весьма принципиальны (например, снижение чувствительности дыхательного центра к CO2 у ныряющих организмов и ее адаптивное повышение у обитателей высокогорья). Универсальные пусковые механизмы адаптивных процессов проявляются на всех уровнях регуляции.
8. Гипоксическая тренировка
Организм хранит генетическую память о жизни при низком содержании кислорода в окружающей среде и, при необходимости, относительно легко адаптируется к гипоксии. Например, любой специалист спорта знает, что из всех физических качеств (быстрота, сила и др.), именно выносливость, которая связанна с развитием адаптации к дефициту кислорода тренируется легче других. Это же касается и гипоксической тренировки.
Как и во время любой тренировки или нагрузки во время гипоксической тренировки происходит ряд разрушительных процессов, которые так нужны для последующего сверхвосстановления.
9. Изменения в организме
По мере развития адаптации к гипоксии в организме начинают происходить те изменения, которые и делают наш организм более стойким к кислородному голоданию - такие изменения, которые делают организм более здоровым и позволяют ему дольше жить! Происходят глубокие биохимические и структурные изменения. Речь идет об адаптации клеточных структур в новых условиях функционирования.
Причинами реакций биохимической адаптации при гипоксическом воздействии, видимо, являются изменения внутриклеточного метаболизма, замедление обновления биомембран. Частичное разрушение компонентов биомембран освобождает протеолитические ферменты, что, в свою очередь, ведет к деградации некоторых белков и образованию полицептидов. Последним отводится роль регуляторов синтеза ДНК, РНК.
Активация синтеза белков, протекающая в условиях накопления недоокисленных продуктов, приводит к модификации структуры и свойств макромолекул, создает запас прочности биохимических реакций и возможность их полноценного протекания в условиях пониженного содержания кислорода.
Одновременно с перестройкой структуры в цепи окислительного фосфорилирования идет процесс активизации анаэробного гликолиза, что вносит свой вклад в энергообеспечение организма.
Возникают структурные изменения в клетках, особенно в клеточных мембранах. Меняется в лучшую сторону состав ферментов и др. Вообще, клетки приобретают способность лучше утилизировать и использовать кислород.
Улучшается микроциркуляция в органах и тканях за счет раскрытия, резервных капилляров, а также - образования новых сосудов. Повышается кислород-транспортная функция крови и стимуляция красного ростка костного мозга, а также повышается содержание гемоглобина. При клинических исследованиях на уровне органов и систем по мере адаптации к гипоксическим нагрузкам наблюдается ряд эффектов:
1. Улучшение микроциркуляции в органах и тканях за счет раскрытия, резервных капилляров, а также - образования новых, ранее не существовавших сосудов. Повышение кислородотранспортной функции крови за счет выброса форменных элементов крови из депо и стимуляция красного ростка костного мозга, а также повышение содержания гемоглобина.
2. Иммуномодулирующее действие, которое выражается подавлением патологических звеньев иммунитета и активизацией депрессивных звеньев. Отмечается повышение количества антителпродуцирующих клеток и синтеза иммуноглобулинов, активизации фагоцитоза. Снижается активность аллергических реакции.
3. Повышение активности антиоксидантной системы - системы защиты клеточных мембран. Снижается активность перекисного окисления липидов в клеточных мембранах.
4. Мобилизация эндокринных механизмов функциональной регуляции "гипоталамус- гипофиз- кора надпочечников", что реализуется повышением уровня обшей сопротивляемости организма по отношению к различным экстремальным факторам внешней среды.
5. Повышение устойчивости к химическим интоксикациям (в том числе лекарственным, например, при проведении химиотерапии), к физическим факторам внешней среды.
6. Антистрессовое действие. Состояние хронического стресса характеризуется наличием доминантного застойного очага в центральной нервной системе, характерными сдвигами в формуле и биохимии крови.
7. Повышение работоспособности, снижение утомляемости, регрессию тех заболеваний, с которыми они обратились. На фоне улучшения самочувствия представляется возможным снизить суточные дозы медикаментозной поддерживающей терапии.
8. Радиозащитное действие. Во-первых, хронологически - это первая серьезная проверка метода в клинике (1975 г.). Было показано, что применение гипоксических тренировок при пpeдoперaциoннoй лучевой терапии злокачественных новообразований позволяет увеличить суммарную очаговую дозу облучения на 25%. Если учесть, что эта группа больных весьма многочисленна, то становится очевидной перспектива применения гипоксирадиотерапии. Во-вторых, радиозащитное действие гипоксии принято называть специфическим, поскольку оно непосредственно связано с патогенезом лучевой болезни, предотвращая повышение концентрации кислородных радикалов. В-третьих, методический подход при проведении гипоксирадиотерапии несколько иной: на протяжении всего времени лучевою воздействия (например, сеанса гамма-терапии) больной непрерывно находится в состоянии дозированной гипоксии, постоянно вдыхая ГГС-10.
Однако кроме специфической адаптации, то есть адаптации именно к гипоксии, развивается и неспецифическая - организм в целом становится более стойким. Происходит это из-за усиления эндокринных механизмов - гипоталамус/гипофиз/кора надпочечников и др.
Под воздействием гипоксической тренировки наш организм приобретает способность более качественно обеспечивать себя меньшим количеством кислорода. Теперь наши клетки, ткани и органы лучше защищены от кислородного голодания.
А кроме того, раз кислорода в организм поступает меньше, то меньше образуется и свободных радикалов.
10. Гипокситерапия
гипоксический адаптивный нормобарический
Гипокситерапия - методика улучшения функционального состояния, работоспособности, жизнеспособности и качества жизни больного человека путем дозированных гипоксических воздействий.
Даже при незначительной гипоксической нагрузке, человеческий организм бурно реагирует, включая большое количество защитных механизмов саморегуляции. Использование этих мощных механизмов легло в основу метода лечения, предложенного в 1970-х годах проф. Р.Б. Стрелковым (ныне президентом Академии проблем гипоксии) -- метода «Прерывистой нормобарической гипокситерапии».
В последние годы мы являемся свидетелями повышения интереса к натуральным методам профилактики и лечения. К ним можно отнести фитотерапию, магнито-лазеротерапию, соляные пещеры, ряд других методов и подходов, включая гомеопатические. В этот круг естественно вписывается и Прерывистая нормобарическая гипокситерапия (ПНГ) как природный стимул неспецифической резистентности организма человека (метод "Горный воздух").
Сегодня множество клиник применяет гипокситерапию в лечении нейроциркуляторной дистонии, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, органических и функциональных расстройств центральной нервной системы, бронхиальной астмы, анемии, астеноневротических и психастенических состояний.
Физиологические, психофизиологические, биохимические и иммунологические механизмы оздоравливающего действия гипокситерапии используются для повышения физической, умственной и операторской работоспособности, переносимости температурных, шумовых, гравитационных и вестибулярных воздействий.
У пациентов на фоне лечения происходит улучшение общего самочувствия, повышается устойчивость к стрессовым ситуациям, снижается общее психоэмоциональное напряжение, проходят головные боли, связанные с переутомлением, улучшается сон, уменьшается раздражительность, утомляемость, повышается работоспособность. Исследования последних лет показали, что гипокситерапия оказывает глубокое нормализующее действие на весь организм, улучшаются показатели углеводного, жирового, белкового, электролитного обмена, восстанавливается микроциркуляция, возрастают энергетические процессы на уровне клетки. Это позволило успешно применить метод для лечения серьезных заболеваний. В результате научных исследований получены хорошие результаты в лечении и профилатике ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, бронхиальной астмы, ревматоидного артрита, отмечается значительное снижение смертности после инфаркта миокарда. Гипокситерапия обладает свойством повышать иммунитет. После окончания курса отмечается повышение сопротивляемости организма к инфекциям в 3-5 раз. Для практически здоровых людей гипокситерапия показана для повышения физической (особенно для спортсменов) и умственной работоспособности.
В результате метод нормобарической гипокситерапии показан:
I. Практически здоровым людям:
* для повышения физической работоспособности и устойчивости к эмоциональным перегрузкам;
* с целью повышения устойчивости к побочному действию фармакологических средств (химиотерапевтические препараты и др.) и к действию ядов минерального и животного происхождения;
* для повышения устойчивости к инфекционным заболеваниям;
* в качестве профилактики осложнений при родах;
* с целью увеличения продолжительности физической и интеллектуальной жизни.
II. Для лечения и реабилитации больных:
* при хронических заболеваниях кардиореспираторной системы (гипертоническая болезнь 1-11 стадии, ишемическая болезнь сердца, постинфарктный кардиосклероз, хронический бронхит, бронхиальная астма);
* при болезнях кроветворных органов (гипопластическая и железодефицитная анемии, пострадиационные нарушения кроветворения);
* при болезнях желудочно-кишечного тракта (вне стадии обострения);
* при хронических воспалительных процессах половой сферы, при токсикозах 2-й половины беременности;
* при нарушениях обмена веществ (сахарный диабет и др.);
* при астенических и депрессивных состояниях, неврозах, соматизированных психопатологических синдромах);
* при сниженной устойчивости организма к неблагоприятным условиям внешней среды (экологические, климатические и метеорологические факторы, стрессы и т.п.).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Механизм и физиологическое обоснование приспособления организма к высотной гипоксии, чувствительность различных органов к недостатку кислорода и реакция на него. Пути устранения избытка молочной кислоты. Приспособление к высоким давлениям и закаливание.
реферат , добавлен 20.09.2009
Функциональные системы организма. Внешние и внутренние раздражители организма человека, восприятие состояния внешней среды. Особенности организма человека, феномен синестезии, экстрасенсы-синестетики. Особенности темперамента при выборе профессии.
реферат , добавлен 06.02.2013
Перекрестная адаптация организма к одному фактору среды, ее способствование приспособлению к другим факторам. Молекулярные основы адаптации человека и ее практическое значение. Приспосабливаемость живого организма к повреждающим факторам внешней среды.
реферат , добавлен 20.09.2009
Потребность организма в кислороде при покое и работе. Приспосабливаемость частоты и глубины дыхания к изменяющимся условиям. Реакции на изменения концентрации в крови углекислоты и кислорода. Локализация и функциональные свойства дыхательных нейронов.
реферат , добавлен 05.06.2010
Высокая реакционная способность молекулярного кислорода в основном состоянии и образование его высокоактивных форм, способных убивать живую клетку. Механизмы возникновения активных форм кислорода. Действие, функции и основные способы защиты организма.
курсовая работа , добавлен 01.05.2012
Цели приспособления организма к изменившимся условиям существования. Быстрая гомеостатическая регуляция физиологических функций, состава и свойств внутренней среды организма. Функция симпатико-адреналовой системы и источники энергии катехоламины.
реферат , добавлен 20.09.2009
Особенности строения, физиологии и химического состава клетки. Типы и свойства тканей. Характеристика системы органов - частей организма, имеющих только их свойственные форму и строение и выполняющих определенную функцию. Регуляция функций в организме.
реферат , добавлен 03.07.2010
Исследование строения, деятельности функциональных систем организма, особенности и принципы их организации. Теории изучения закономерностей развития организма ребенка и особенностей функционирования его физиологических систем на разных этапах онтогенеза.
контрольная работа , добавлен 08.08.2009
Клетка как основная структурная единица организма. Описание ее строения, жизненных и химических свойств. Строение и функции эпителиальной и соединительной, мышечной и нервной тканей. Органы и перечень системы органов человека, их назначение и функции.
презентация , добавлен 19.04.2012
Изучение видов тканей внутренней среды – комплекса тканей, образующих внутреннюю среду организма и поддерживающих ее постоянство. Соединительная ткань – главная опора организма. Трофическая, опорно-механическая, защитная функция ткани внутренней среды.
Гомеостаз организма поддерживается тщательной регуляцией кардиореспираторных реакций на физическую нагрузку. Существует два показателя, адекватно отражающих метаболические потребности организма: потребление кислорода и выделение СО2.
Уровень физической активности является наиболее важным моментом, определяющим потребность организма в кислороде. В свою очередь потребление кислорода представляет собой самый адекватный индекс физического напряжения.
При потреблении 1 л кислорода образуется энергия, эквивалентная приблизительно 5 ккал. В данной статье минутный объем потребления кислорода обозначен как Vo2 и выражается в литрах в минуту, приведенных к нормальным условиям (STPD).
Метаболическую стоимость различной активности организма нередко выражают в миллилитрах на килограмм в минуту(мл/кг*мин) Vo2 (STPD). Это простой способ, учитывающий размеры тела человека. В свое время различными авторами были предложены отдельные классификации тяжести физической нагрузки в промышленности, спорте и некоторых других сферах, связанных с физической активностью человека. Эти исследования коснулись также области подводных погружений и подводного плавания. Из разных источников известно, что общая средняя величина потребления кислорода во время длительного свободного плавания в ластах со скоростью близкой к 0,56 м/с составляет 2 л/мин (STPD).
В 1973 г. Morrison сообщил об исследовании максимального усилия при фиксированном плавании в ластах на погружаемом тренажере-трапеции при различной имитируемой глубине. Полученные результаты были близкими к средней величине и диапазону значений, установленному Lanphier в 1954 г. для испытуемых, плывущих со скоростью 0,61 м/с.
Исследование в реальных условиях при заплыве под водой на длинную дистанцию в океане было проведено Hunt и сотрудниками в 1964 г. Непосредственно минутный объем потребления кислорода не измеряли, но по другим показателям можно было предположить, что он находится в пределах 1,3-1,8 л/мин. Рассчитанная скорость плавания составляла 0,5-0,61 м/с.
Аэробная способность
В любой конкретный момент времени индивидуальный Vo2 должен непременно находиться между минимальным (основным) и наивысшим значениями, которых данный организм способен достичь. Учитывая размеры тела и степень физического расслабления, минимальные величины Vo2 для взрослых равны 0,2 л/мин. Наиболее часто используемая в расчетах средняя величина Vo2 для человека, находящегося в. состоянии покоя, составляет 0,3 л/мин.
Каждый человек имеет верхний предел потребления кислорода , который может быть достигнут при очень тяжелой физической работе, вовлекающей основные группы мышц. Максимальный Vo2 (VO2макс) или «аэробная способность» у здоровых людей, находящихся в условиях нормального атмосферного давления, обусловлен способностью циркуляторной системы организма доставлять кислород из легких в работающие мышцы. Как видно из имеющихся в литературе данных, затруднение легочной вентиляции при нахождении на глубине ограничивает величину VO2макс.
Величина VO2макс зависит не только от размеров тела и конституциональных особенностей человека, но в основном от степени его индивидуальной спортивной тренированности. Почти все исследователи считают значение VO2макс самым показательным индексом «физической пригодности» сердечно-сосудистой и респираторной системы.
Для водолазов со средними параметрами тела и умеренной «пригодностью» можно считать VO2макс равным по крайней мере 3 л/мин. Такие высокие величины VO2макс как 6 л/мин встречаются очень редко. Водолаз с необычайно высокой величиной максимального минутного объема потребления кислорода для своих параметров имеет определенные преимущества при погружении перед остальными водолазами, особенно относительно вентиляторных потребностей организма при высоких уровнях физических нагрузок.
Влияние водной среды на VO2макс по-видимому, является существенным. В 1974 г. Holmer показал, что у пловцов высшей квалификации во время плавания VO2макс приблизительно равнялся таковому при работе на велоэргометре в воздушной среде, но был на 6-7% ниже, чем во время бега. У менее опытных пловцов установленные различия были более выраженными.
Moore и сотрудники в 1970 г. не обнаружили понижения физической работоспособности у испытуемых, работавших ногами (неплавательный характер упражнений) во время погружения всего тела в воду. В 1973 г. Morrison сообщил о результатах, свидетельствующих об ограничении Vо2макс при плавании в ластах на тренажере-трапеции. Однако в данном случае на полученные данные мог оказать влияние и дыхательный аппарат.