Физиология

Уже в начале мышечной работы вентиляция легких быстро увеличивается.

В возникновении гиперпноэ  в начале физической работы периферические и центральные хеморецепторы  как важнейшие чувствительные структуры  дыхательного центра еще не участвуют.

Уровень вентиляции в  этот период регулируется сигналами, поступающими к дыхательному центру главным образом  из гипоталамуса, лимбической системы  и двигательной зоны коры большого мозга, а также раздражением проприорецепторов  работающих мышц.

По мере продолжения  работы к нейрогенным стимулам присоединяются гуморальные воздействия, вызывающие дополнительный прирост вентиляции. При тяжелой физической работе на уровень вентиляции оказывают влияние  также повышение температуры, артериальная двигательная гипоксия и другие лимитирующие факторы.

Таким образом, наблюдаемые  при физической работе изменения  дыхания обеспечиваются сложным  комплексом нервных и гуморальных  механизмов. Однако из-за индивидуально  лимитирующих факторов биомеханики  дыхания, особенностей экопортрета человека, не всегда удается при выполнении одной и той же нагрузки полностью объяснить точное соответствие вентиляции легких уровню метаболизма в мышцах.

Диафрагмальное дыхание  сохраняется вплоть до второй половины первого года жизни. По мере роста ребенка грудная клетка опускается вниз и ребра принимают косое положение.

При этом у грудных  детей наступает смешанное дыхание (грудобрюшное), причем более сильная  подвижность грудной клетки наблюдаются  в ее нижних отделах. В связи с  развитием плечевого пояса (3-7 лет) начинает преобладать грудное дыхание. К 7-летнему возрасту дыхание становится преимущественно грудным.

С 8-10 лет возникают  половые различия в типе дыхания: у мальчиков устанавливается  преимущественно диафрагмальный тип  дыхания, а у девочек - грудной.

У новорожденных и  грудных детей дыхание аритмичное. Аритмичность выражается в том, что  глубокое дыхание сменяется поверхностным, паузы между вдохами и выдохами неравномерны.

Продолжительность вдоха  и выдоха у детей короче, чем у взрослых: вдох равен 0,5-0,6 сек (у взрослых - 0,98-2,82 сек), в выдох - 0,7-1 сек (у взрослых - от 1,62 до 5,75 сек). Некоторые исследователи считают, что у новорожденных в первые дни жизни вдох на 25% продолжительнее выдоха. Большинство поддерживает мнение о том, что у же с момента рождения устанавливается такое же, как и у взрослых, соотношение между вдохом и выдохом: вдох короче выдоха.

Частота дыхательных  движений у детей уменьшается  с возрастом. У плода она колеблется в пределах 46-64 в минуту. Постепенное уменьшение происходит к 14-15-летнему возрасту, когда частота дыханий приближается к ее величине у взрослого.

В связи с легкой возбудимостью  дыхательного центра частота дыхания  колеблется не только в пределах одной  возрастной группы, но и у одного испытуемого в течение дня.

Дыхание новорожденных  и грудных детей в бодрствующем состоянии очень неравномерно, оно  более спокойно во время сна.

До 8 лет частота дыханий  у мальчиков больше, чем у девочек. К периоду полового созревания частота  дыханий у девочек становится больше, и это соотношение сохраняется в течение всей жизни.

Частота дыхания у  детей значительно больше, чем  у взрослых, изменяется под влиянием различных воздействий. Она увеличивается  при психических возбуждениях, небольших  физических упражнениях, незначительном повышении температуры тела и среды.

Изменение с возрастом  величины дыхательного и минутного  объемов легких, их жизненной емкости.

Жизненная емкость легких, дыхательный и минутный объемы у  детей с возрастом постепенно увеличиваются в связи с ростом и развитием грудной клетки и легких.

У новорожденного ребенка  легкие мало эластичны и относительно велики. Во время вдоха или объем  увеличивается незначительно, всего  на 10-15 мм. Обеспечение организма  ребенка кислородом происходит за счет увеличения частоты дыхания. Дыхательный объем легких увеличивается с возрастом вместе с уменьшением частоты дыхания.

Относительный объем  дыхания (отношение дыхательного объема к массе тела) у детей больше, чем у взрослых; у новорожденных  он превышает величину взрослых в 2 раза.

Так, у взрослых людей  отношение дыхательного объема воздуха  к массе тела равно 6, а у новорожденных  оно около 12. Это связано с высоким  обменом веществ у детей и, следовательно, с большой потребностью растущего организма в кислороде. О величине минутного объема приводится очень пестрые данные, зависящие от метода измерения.

С возрастом величина минутного объема легких увеличивается. Но относительный минутный объем  легких (отношение минутного объема дыхания к массе тела) с возрастом уменьшается. У новорожденных и детей первого года жизни он в два раза больше, чем у взрослых. Это связано с тем, что у детей при одинаковом относительном дыхательном объеме частота дыханий в несколько раз больше, чем у взрослых. В связи с этим легочная вентиляция на 1 кг массы тела у детей больше.

Величина легочной вентиляции на 1 кг массы тела у новорожденных  равна 400 мл, в 5-6-летнем возрасте она  составляет 210, в 7-летнем - 160, в 8-10-летнем - 150, 11-13-летнем - 130-145, 14-летних - 125, а  у 15-17-летних - 110. Благодаря этому обеспечивается большая потребность растущего организма в О₂.

Величина жизненной  емкости легких увеличивается с  возрастом в связи с ростом грудной клетки и легких. У ребенка 5-6 лет она равна 700-800 мл, в 14-16 лет = 2500-2600 мл. С 18 до 25 лет жизненная емкость легких является максимальной, а после 35-40 лет уменьшается. Величина жизненной емкости легких колеблется в зависимости от возраста, роста, типа дыхания, пола (у девочек на 100-200 мл меньше, чем у мальчиков).

Жизненная емкость легких является более или менее постоянной величиной с колебаниями, не превышающими 100 мл. Она в значительной мере зависит от физического развития и тренировки детей. Наибольшая величина отмечена у лыжников, гребцов, пловцов, бегунов (до 6000 мл). Увеличение жизненной емкости легких происходит за счет роста альвеол.

Дыхательная поверхность  легких и количество крови, протекающей  через легкие в единицу времени, у детей относительно больше, чем  у взрослых. В связи с большим  развитием капилляров легких ребенка поверхность соприкосновения крови с альвеолярным воздухом у детей также относительно больше, чем у взрослых. Все это способствует лучшему газообмену в легких растущего организма, что необходимо для обеспечения интенсивного обмена веществ.

У детей своеобразно изменяется дыхание при физической работе. Во время физической нагрузки увеличивается частота дыхательных движений и почти не меняется дыхательный объем легких. Такое дыхание не экономно и не может обеспечить длительное выполнение работы.

Легочная вентиляция у детей при выполнении физической работы увеличивается в 2-7 раз, а при больших нагрузках (беге на средние дистанции) почти в 20 раз.

Максимальное потребление  кислорода у взрослого человека в покое составляет 150-300 мл в минуту. У детей оно значительно меньше и увеличивается при работе. При выполнении физической работы у тренированных детей 10-13 лет максимальное потребление кислорода равно 49 мл на 1 кг массы тела в минуту, у нетренированных - 47,3 мл. Повышение потребления кислорода при работе у детей от 9 до 18 лет происходит одинаково и через 3 мин становится максимальным: в первую минуту оно достигает 45% максимальной величины, во вторую возрастает до 75%, а в третью достигает максимума.

Зависимость величины максимального  потребления кислорода от тренировки у детей проявляется меньше, чем у взрослых. У подростков быстрее достигается максимум в потреблении кислорода, но так как они не могут (подобно взрослым) длительно удерживать потребление кислорода на максимальном уровне, то быстрее прекращают работу.

По окончании работы в восстановительном периоде погашение «кислородного долга» у детей происходит быстрее. Восстановление осуществляется уже во время работы. У девушек и юношей 14-18 лет потребление кислорода и выделение углекислого газа во время восстановительного периода несколько больше, чем у взрослых. Восстановление у младших школьников 8-12 лет при беге на 50 м протекает быстрее, чем у старших школьников, а при беге на 100 м быстрее у старших - 12-16-летних.

С возрастом уменьшается способность восстановления во время работы, а кислородный долг увеличивается. Величина кислородного долга на 1 кг массы у детей старшего возраста больше, чем у детей младшего возраста.

Абсолютная величина потребления  кислорода у мальчиков 8-9 лет в 2 раза меньше, чем у мальчиков 16-18 лет. У девочек при выполнении максимальной работы потребление кислорода меньше, чем у мальчиков, особенно в 8-9 лет и в 16-18. Все это следует учитывать при занятиях физическим трудом и спортом с детьми различного возраста.

Гипоксией (кислородной недостаточностью) называется состояние, наступающее в организме при неадекватном снабжении тканей и органов кислородом или при нарушении утилизации в них кислорода в процессе биологического окисления. Исходя из этого достаточно точного определения гипоксии, все гипоксические состояния целесообразно разделить на экзогенные и эндогенные.

Экзогенная гипоксия развивается в результате действия измененных (в сравнении с обычными) факторов внешней среды.

Эндогенная гипоксия возникает при различных физиологических и патологических изменениях в различных функциональных системах организма.

Реакция внешнего дыхания на гипоксию зависит от продолжительности и  скорости нарастания гипоксического воздействия, степени потребления кислорода (покой  и физическая нагрузка), индивидуальных особенностей организма и совокупности генетически обусловленных свойств и наследственных морфофункциональных признаков (экопортрет коренных жителей высокогорья и популяции различных этнических групп).

Наблюдаемая в условиях кислородной недостаточности первоначальная гипоксическая стимуляция дыхания приводит к вымыванию углекислоты из крови и развитию дыхательного алкалоза. Гипоксия сочетается с гипокапнией. В свою очередь, это способствует увеличению рН внеклеточной жидкости мозга. Центральные хеморецепторы реагируют на подобный сдвиг рН в цереброспинальной жидкости мозга резким снижением своей активности. Это вызывает настолько существенное торможение нейронов дыхательного центра, что он становится нечувствительным к стимулам, исходящим от периферических хеморецепторов. Наступает своеобразная гипоксическая "глухота". Несмотря на сохраняющуюся гипоксию, постепенно гиперпноэ сменяется непроизвольной гиповентиляцией, что в определенной мере способствует также сохранению физиологически необходимого количества углекислоты.

Реакция на гипоксию у коренных жителей  высокогорья и у горных животных практически отсутствует, и, по мнению многих авторов, у жителей равнин гипоксическая реакция также  исчезает после продолжительной (не менее 3-5 лет) их адаптации к условиям высокогорья.

Основными факторами  долговременной акклиматизации к условиям высокогорья являются; повышение  содержания углекислоты и понижение  содержания кислорода в крови  на фоне снижения чувствительности периферических хеморецепторов к гипоксии, увеличения плотности капилляров и относительно высокого уровня утилизации тканями 02 из крови. У горцев также возрастают диффузионная способность легких и кислородная емкость крови за счет роста концентрации гемоглобина. Одним из механизмов, позволяющих горцам в условиях гипоксии повысить отдачу кислорода тканям и сохранить углекислоту, является способность повышенного образования у них метаболита глюкозы - 2,3 дифосфоглицерата. Этот метаболит снижает сродство гемоглобина к кислороду.

5. В чем заключается  биологическая роль белков и  нуклииновых кислот, в чем существо понятий «заменимые и незаменимые» аминокислоты и приведите пр меры опишите особенности белкового обмена. какова роль витаминов и гармонов в белковом обмене.

Функции белков в организме  разнообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием  форм и состава самих белков.

Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций  белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах составляет более половины массы.

Многие белки обладают сократительной функцией. Это прежде всего белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные волокна - миофибриллы - представляют собой длинные тонкие нити, состоящие из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для осуществления сокращения, гликоген - питательное вещество, неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.

Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это прежде всего гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок - миоглобин.

Еще одна функция белка - запасная. К запасным белкам относят ферритин - железо, овальбумин - белок яйца, казеин - белок молока, зеин - белок семян кукурузы.

Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны.

Гормоны - биологически активные вещества, которые оказывают влияние на обмен веществ. Многие гормоны являются белками, полипептидами или отдельными аминокислотами. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин. Этот простой белок состоит только из аминокислот. Функциональная роль инсулина многопланова. Он снижает содержание сахара в крови, способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, увеличивает образование жиров из углеводов, влияет на обмен фосфора, обогащает клетки калием. Регуляторной функцией обладают белковые гормоны гипофиза - железы внутренней секреции, связанной с одним из отделов головного мозга. Он выделяет гормон роста, при отсутствии которого развивается карликовость. Этот гормон представляет собой белок с молекулярной массой от 27000 до 46000.