Содержание
1. ВВЕДЕНИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.
Человек по природе своей любознателен. И больше всего, естественно, его интересует все, что касается устройства и жизнедеятельности собственного организма. Особое место в этом плане занимает дыхание. Мы ощущаем дыхание больше, чем какую-либо другую физиологическую функцию. Можем наблюдать свое дыхание, можем им управлять. От того, чем и как мы дышим, насколько исправно работает наш дыхательный аппарат, в немалой степени зависит наша работоспособность, здоровье, в конечном счете - жизнь.
Классическое представление о дыхании как о процессе, состоящем из многих звеньев, сложилось в конце XIX - начале XX века. Уже тогда было ясно, что процесс дыхания включает в себя не только газообмен между легкими и окружающей средой, между воздухом альвеолом и кровью, но и транспорт газов кровью, и газообмен между кровью и тканями, и окислительные процессы в тканях. Основным назначением дыхания стали считать доставку кислорода к тканям и удаление образовавшемся в результате окислительных процессов углекислоты.
Это представление о дыхании могло сложиться только на основе ряда крупных открытий на рубеже XVIII-XIX веков: роли кислорода и окислительных процессов в поддержании жизни, диффузии газов через альвеоло-капил-лярную мембрану легких, кислород-транспортных свойств гемоглобина. Важное значение в развитии представлений о саморегуляции дыхания имело открытие в конце XIX века независимости потребления кислорода от его содержания во вдыхаемом воздухе, прямой связи потребления кислорода с величиной энергозатрат организма, взаимозависимости между содержанием кислорода в артериальной крови и легочной вентиляцией, постоянства состава альвеолярного воздуха, роли рефлексов с легочных рецепторов растяжением в саморегуляции дыхания.
В соответствии с общепринятой концепцией функциональной системы II.К.Анохина дыхательная система - комплекс образований, включающий центральные (регуляторные) и периферические (воспринимающее) нервные компоненты и рабочие аппараты, функционально объединенные в единую систему, конечным эффектом деятельности котором является поддержание относительного постоянства газового состава крови и тканей организма. Развитие функциональной дыхательной системы подчиняется всем закономерностям, выявленным для других систем организма и определенным П.К. Анохиным в концепции системогенеза. Ее основные положения применительно к дыхательной системе: ведущие морфофункциональные звенья дыхательной системы сформированы к моменту рождения, и в дальнейшем они растут и развиваются; на каждой стадии онтогенеза здорового ребенка его дыхательная система функционально полноценна для его возраста; возрастные изменения функции внешнего дыхания неравномерны и гетерохромны; функциональная дыхательная система в онтогенезе находится в межсистемном и межорганном соответствии.
Рассмотрение по возрастам развития всех компонентов функциональной дыхательной системы важно для понимания закономерностей развития организма на разных этапах онтогенеза, механизмов адаптации к условиям среды и механизмов компенсации при заболеваниях. Знание особенностей возрастного развития дыхательной системы способствует правильной организации режима в детских учреждениях, дозированию физических нагрузок, разработке средств и методов предупреждения легочных заболеваний у детей.
Ввиду чрезвычайной сложности и многочисленности вопросов возрастного развития дыхательной системы обычно изучаются или отдельные возрастные периоды, или отдельные процессы, обеспечивающие газообмен в легких, или механизмы регуляции дыхания. Лишь в немногих работах анализируются результаты комплексных исследований дыхательной функции легких.
Известнейший отечественный ученый В.М. Бехтерев - он был и анатомом, и физиологом, и врачом-невропатологом, и психиатром - заметил, что дыхание четко реагирует на изменения в психическом состоянии человека.
В.М. Бехтерев первым установил, что к регуляции дыхания имеют отношение определенные области кори мозга.
Действительно, ярко окрашенные эмоциональные переживания сопровождаются в большинстве случаев учащением дыхания, увеличением вентиляции легких.
Можно представить себе такую ситуацию. С вами поступили несправедливо. Ваш предок сумел бы тут же проучить обидчика. Но мы не можем пустить в ход ни когти, ни зубы. А мышцы уже напряглись, сердце гонит к ним кровь, насыщенную глюкозой, гормонами и, конечно же кислородом, который поступает из усиленно вентилируемых легких. Дыхание, таким образом, резко усиливается.
Подобное состояние можно наблюдать и в условиях профессиональной деятельности человека. В одной из лаборатории сделали такой опыт: испытуемый, слушая записанные на магнитную пленку ряды чисел, должен был отмечать нажатием кнопки заданные их комбинации. Как только начиналось выполнение задания, дыхание учащалось, особенно у тех испытуемых, кому справиться с нагрузкой оказывалось труднее. Постепенно ритм дыхания спадал, а когда программа заканчивалась, наступало заметное его урежение.
При особо выраженном стрессе легочная вентиляция может повыситься настолько, что вымывание двуокиси углерода из крови становится избыточным. Именно это происходит, как обнаружил московский физиолог А.М. Генин, с сотрудниками, у летчиков во время выполнения сложных полетов. Данное явление - не такое уж безобидное, как может показаться: вследствие падения давления CO2 сосуды мозга спазмируются, и человек может даже потерять сознание.
Чрезмерная высокая вентиляция легких (гипервентиляция) в некоторых случаях может быть проявлением своеобразного дыхательного невроза - как, например, описанная американскими врачами гипервентиляция, которая случалось принимала характер настоящих эпидемий среди девушек-студенток колледжей.
В последнее время ученые выяснили, что в контроле дыхательного ритма участвуют многие гармони и другие биологически активные вещества, действующие на определенные нервные структуры. В числе этих веществ выделили особый класс белков, нейропептиды - эндорфины и энкефалии (они вырабатываются самим мозгом), - участвующие, можно сказать, в регуляции нашего настроения.
В практическом и теоретическом плане стоит проблема адаптации человека к различным внешним экстремальным воздействиям и влияниям, вызывающим изменения, не выходящие за рамки физиологических. Эта проблема имеет особое значение в связи с социальными и многими другими факторами: быстрым изменением среды и необходимостью долгосрочного прогнозирования, эндогенными (биологическими, физиологическими и психологическими особенностями человека и особенно развивающегося организма ребенка), экологическими - обеспечением не только сохранения, но и прогрессивного развития последующих поколений человеческой популяции.
В исследованиях по возрастной физиологии проблема адаптации детей и подростков к учебным и физическим нагрузкам является одном из ведущих. Основная цель этих исследовании состоит в том, чтобы изучить физиологические механизмы адаптации и получить возможность влиять на нее средствами педагогики и гигиены.
В результате адаптации возникает перестройка функций, становление их на новый уровень регулирования, повышается устойчивость организма к воздействию факторов внешней среды. Физиологические механизмы, обеспечивающие реакции адаптации и дезадаптации, более или менее раскрытые при экстремальных воздействиях на взрослых людей, оказываются почти не изученными при воздействии на растущий и развивающийся организм детей и подростков и особенно при воздействии обычных, неэкстремальных факторов.
Проблема изучения функционального состояния системы дыхания в условиях умственной деятельности является одной из ведущих в возрастной физиологии. Ее решение необходимо для понимания закономерностей приспособления организма к изменяющими условиям внутренней и внешней среды, компенсаторных реакции и функциональных перестроек, связанных с ростом и возрастом организма. Оценка адекватности используемых умственных нагрузок требуется глубокого знания возрастных особенностей функции дыхательной системы и механизмов и регуляции.
2. ИСТОРИЯ И ТЕОРИЯ ВОПРОСА
Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение двуокиси углерода 3,22.
Поступление кислорода из атмосферы к клеткам необходимо для биологического окисления органических веществ, в результате которого освобождается энергия, нужная для жизни организма. В процессе биологического окисления образуется двуокись углерода, подлежащая удалению из организма. Прекращение дыхания ведет к гибели прежде всего нервных, а затем и других клеток. Кроме того, дыхание участвует в поддержания постоянства реакции жидкостей и тканей внутренней среди организма, а также температуры тела.
Дыхание является неотъемлемым признаком жизни, биологическая сущность которого заключается главным образом в обеспечении окислительных процессов в организме путем обмена газов между организмом и внешней средой. Различают внешнее и внутреннее дыхание 3.
Внешнее дыхание происходит в малом круге кровообращения, где протекаемая с переферии венозная кровь вступает в газообмен с альвеолярным воздухом, получает от него кислород - артериализируется - и в то же время выделяет углекислоту.
Стимулом для газообмена в легких служит разница парционального давления газов в альвеолярном воздухе и в венозной крови. Доказано, что альвеолярный воздух ищет более высокое парциальное давление кислорода (в среднем 110 мл) и более низкое давление углекислоты (35-40 мл), чем в венозной крови, в которой напряжение кислорода равно в среднем 40 мл, а углекислоты 46 мл 13,22.
Следовательно, разница между альвеолярным воздухом и венозной кровью для кислорода составляет в среднем 70 мл (110-70 = 70), а для углекислоты 6 мл (46-40 = 6).
Из приведенного примера видно, что диффузия CO2 из крови и кислорода в кровь происходит в сторону более низкого давления 22.
Внешнее, или легочное дыхание является только частью сложного дыхательного процесса в организме и дополняет внутреннее или тканевое дыхание, под которым подразумевается обмен газов между кровью, тканями и органами, причем газообмен здесь происходит в противоположном по сравнению с внешним дыханием, где кислород отдается кровью, а углекислый газ ею воспринимается 3.
Многочисленными исследованиями установлено, что объективное суждение о состоянии внешнего дыхания у данного лица достигается последовательным определением его основных фактических и должных показателей, а затем их уровней.
Фактически показатели внешнего дыхания определяются по общепринятой методике спирометрического, спирографического, рентгенопневмографического, пневмотахометрического исследования. Их увеличение и снижение отражает отрицательные и положительные изменения в состоянии ведущих систем организма, и в частности, вентиляционного режима легких 22, 13.
Основными показателями, характеризующими функциональное состояние системы дыхания, являются: частота дыхания (Ч.Д.), жизненная емкость легких (жел), дыхательный объем (Д.О.), минутный объем легочном вентиляции, пробы Штанге (задержка дыхания на вдохе) и пробы Генна (задержка дыхания на выдохе).
Частота дыхательных движений
В акте дыхания легкие играют пассивную роль. Они не могут расширяться и сжиматься активно, так как в них нет мускулатуры. Поступление воздуха в легкие при вдохе и удаление его при выдохе происходит благодаря сокращению и расслаблению дыхательных мышц, которые играют в акте дыхания активную роль 3, 4.
Сокращения дыхательных мышц могут вызываться произвольно, благодаря импульсам, поступающим из нейронов больших полушарий головного мозга. Однако в обычных условиях жизни дыхательные движения происходят без участия сознания. Они совершаются и в глубоком сне и в других случаях, когда деятельность больших полушариев отсутствует. Частота дыхательных движений у животных, человека неодинакова.
Возрастные особенности строения грудной клетки и мышц обусловливают особенности глубины и частоты дыхания в детском возрасте. Взрослый человек делает в среднем 16-18 дыхательных движений в минуту, за один вдох при спокойном дыхании вдыхается 500 мл воздуха. Объем воздуха, поступающего в легкие за один вдох характеризует глубину дыхания 21, 7, 13.
У новорожденных детей частота дыхания в покое 40-60 в минуту. С возрастом частота дыхания постепенно уменьшается. Перед периодом полового созревания частота дыхания девочек становится больше, чем у мальчиков, и в дальнейшем это отношение сохраняется в течение всей жизни.
В спокойном состоянии взрослый человек делает от 12 до 24 дыхательных движений, в среднем 16-20 дыхательных движения в минуту, лошадь - 10-15, корова - 10-30, свинья - 8-18.
При стоянии частота дыхательных движений больше, чем при сидении или лежании. Мышечная работа, эмоции, повышение окружающей температуры и пищеварение учащают и углубляют дыхание. Во время сна дыхание более редкое (приблизительно на 1/5).
Глубина дыхания падает с увеличением его частоты. На частоту и глубину дыхания влияет обмен веществ. При высоком обмене веществ у высокопродуктивных коров частота дыхания 30, а у среднепродуктивных, у которых обмен веществ меньше - 15-20 в минуту 13, 22.
Большая частота дыхательных движении у ребенка обеспечивает высокую легочную вентиляцию.
Объем вдыхаемого воздуха у ребенка в 1 месяц жизни составляет 30 мл, в 1 год - 70 мл, в 6 лет - 156 мл, в 10 лет - 239 мл, в 14 лет - 300 мл 21, 13.
Частота дыхания в условиях покоя сильно зависит от возраста и состояния организма.
Возрастные изменения частоты дыхательных движений в покое 21
(средние данные)
Возраст
Количество (за 1 мин)
Новорождённые
45
1 год
30
5 лет
25
10 лет
20
15 лет
17
Механизм вдоха и выдоха
При спокойном дыхании при вдохе (инспирация) происходит сокращение вдыхательной мускулатуры, а при выдохе (экспирация) - расслабление этой мускулатуры. При усиленном дыхании сокращается также выдыхательная мускулатура. Вдох короче выдоха. Продолжительность выдоха приблизительно в 1,5 раза превышает время вдоха.
Обычный выдох - пассивный акт. Расслабление вдыхательной мускулатуры приводит к опусканию грудной клетки вследствие действия силы тяжести и эластического напряжения ранее скрученных при вдохе хрящевых концов ребер и связок. Органы брюшной полости, опустившиеся при сокращении диафрагмы, поднимаются. На выдохе совершаются пение и речевая функция.
При спокойном вдохе сокращаются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном выдохе вследствие ослабления дыхательных мышц грудина и ребра, благодаря своей тяжести, опускаются, реберные хрящи после прекращения их скручивания распрямляются и опускают ребра к низу, внутрибрюшное давление выпячивает расслабленную диафрагму к верху.
Существуют два типа дыхания: грудном, за счет сокращения дыхательном мускулатуры грудной клетки, и брюшным, за счет сокращения диафрагмы. Грудной тип преобладает у женщин, брюшной - у мужчин 13, 14.
Постепенность созревания костно-мышечного аппарата дыхательной системы и особенности его развития у мальчиков и девочек определяют возрастные и половые различия типов дыхания.
В возрасте от 3 до 7 лет в связи с развитием плечевого пояса более всего начинает преобладать грудной тип дыхания, и к 7 годам он становится выраженным 16, 21.
В 7-8 лет выявляются половые отличия в типе дыхания: у мальчиков становится преобладающим брюшной тип дыхания, у девочек - грудной. Заканчивается половая дифференцировка дыхания к 14-17 годам. Следует отметить, что тип дыхания юношей и девушек может меняться в зависимости от занятий спортом, трудовой деятельностью 22, 14.
Минутный объем легочной вентиляции
За счет большой частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания.
Минутный объем дыхания - это количество воздуха, которое человек вдыхает за 1 мин, он определяется произведением величины вдыхаемого воздуха на число дыхательных движении за 1 мин 3, 13.
Объем легочной вентиляции определяется интенсивностью объема веществ.
Абсолютный минутный объем дыхания у детей 5 лет значительно больше, чем у взрослых. К 12 годам он в 2 раза больше, чем у взрослых.
Ребенок почти не может увеличить дыхательный объем, но он может увеличить частоту дыхания. Таким образом, легочная вентиляция у детей на 1 кг веса значительно больше, чем у взрослых. Наибольший минутный объем отмечается у человека в возрасте 20-30 лет. К старости объем легочной вентиляции уменьшается 16, 22.
Количество воздуха, вдыхаемого в 1 минуту, или минут, равен дыхательному объему, умноженному на число дыханий в 1 минуту.
Объем легочной вентиляции определяется интенсивностью обмена веществ 22, 13, 18.
Дыхательный объем
При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл (от 300 до 800 мл) воздуха, этот объем воздуха называется дыхательным объемом 4, 22.
Дыхательный объем - количественное выражение глубины дыхания. Его величина зависит от возраста, пола и состояния организма. Измеряется с помощью водного или воздушного спирометра 21. Когда человек спокойно лежит или сидит, при каждом дыхательном движении отменивается сравнительно небольшая часть находящегося в легких воздуха 300-500 мл, а нередко и еще меньше. Воздух, обмениваемый в этих условиях, принято называть дыхательным. Его величина зависит от возраста, пола и состояния организма 21.
Объем дыхательного воздуха у детей и подростков (средние данные в мл) 21
Возраст
Объем дыхательного воздуха
независимо от пола
у мальчиков
у девочек
Новорожденные
20
-
-
1 год
80
-
-
5 лет
150
-
-
10 лет
230
250
205
15 лет
320
350
290
18 лет
380
450
300
Жизненная емкость легких
Важной характеристикой функционирования дыхательной системы является жизненная емкость легких - наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после глубокого вдоха. Жизненная емкость воздуха легких меняется с возрастом, зависит от длины, тела, степени развития грудной клетки и дыхательных мышц, пола. Обычно она больше у мужчин, чем у женщин 16.
Жизненная емкость легких - это объем максимального выдоха после максимального вдоха. ЖЕЛ неодинакова у различных людей и изменяется у них в весьма значительных пределах, но у одного и того же индивидуума она может быть очень близкой на протяжении деятельного периода. На МЕЛ оказывает большое влияние пол, возраст, рост, климат, высота над уровнем моря, а также состояние здоровья и занятия теми или иными упражнениями.
ЖЕЛ в связи с развитием грудной клетки и легких возрастает до 18 лет. Начиная с 18 лет до 32 лет остается на одном и том же уровне, а затем начинает постепенно уменьшаться 35, 13.
В спокойном состоянии взрослый человек вдыхает и выдыхает в среднем 500 см3 воздуха (от 300 до 600). Этот объем воздуха называется дыхательным.
Однако не весь дыхательный объем поступает в легочные альвеолы. Часть поглощенного воздуха остается в ротовой полости, носоглотке, гортани, трахее и бронхах. Эта часть дыхательных путей, в которых поглощенный воздух не приходит в соприкосновение с кровью, называется мертвым или вредным пространством. Его объем у взрослого человека равен 140-160 см3 и несколько увеличивается при расширении бронхов вследствие расслабления их мускулатуры и, наоборот, уменьшается при сужении бронхов, сокращении их мускулатуры. Следовательно, из дыхательного объема в легочные альвеолы поступает только 340-360 см3 воздуха (500-160 140) 22.
Если после спокойного вдоха сделать дополнительный максимальный вдох, то можно набрать в легкие еще 1500 см3 воздуха. Этот объем называется дополнительным.
Если до спокойного вдоха сделать максимальный выдох, а потом максимальный вдох, то можно набрать еще 1500 см3 воздуха. Этот объем воздуха, который можно вдохнуть только после полного выдоха, носит название резервного воздуха.
Все три объема - дыхательный, дополнительный и резервный - составляют жизненную емкость легких. Она представляет собой наибольший объем воздуха в легких, который может быть набран при однократном вдохе.
У человека жизненная емкость легких равна 3-4 дм3, а у лошади - 26-30 дм3 13.
Жизненная емкость увеличивается с возрастом в связи с ростом грудной клетки и легких. С 18 до 35 лет она максимальна, а после 35-40 уменьшается. У женщин жизненная емкость меньше, чем у мужчин. Жизненная емкость возрастает с увеличением длины тела (на каждые 5 см роста она возрастает на 400 см3) и объема туловища (который в среднем в 7 раз больше жизненной емкости) 13, 22.
Даже после сильного выдоха в легких человека остается около 1 дм3 воздуха, у лошади - 10 дм3, который не может быть удален. Этот объем воздуха, остающийся в легких и после смерти, называется остаточным. С возрастом у людей остаточный объем возрастает.
Измерение жизненной емкости легких называется спирометрией 22.
Регуляция дыхания полушариями большого мозга
Регуляция дыхания обеспечивает две группы процессов. Прежде всего поддержание постоянного газового состава артериальной крови. Эту функцию выполняет в основном дыхательный центр (гомеостатическая регуляция). Вторая группа - процессы, приспосабливающие дыхание к изменяющимся условиям окружающей среды и жизнедеятельности организма. При любом изменении дыхательный центр испытывает возмущающие влияния, идущие из многих других функциональных структур центральной нервной системы (поведенческая регуляция). Практически каждый поведенческий акт у человека сопровождается изменением частоты и глубины дыхания. Изменения дыхания могут быть вызваны разнообразными внешними воздействиями, в том числе световыми и звуковыми. Изменение дыхания сопровождают психические процессы (мышление, внимание, эмоция). Сложные изменения дыхания происходят при речи и пении, во время которых экспираторное движение воздуха через верхние дыхательные пути обеспечивает возникновение звуков 22.
Таким образом, дыханию человека свойственно, с одной стороны, постоянство, с другой - чрезвычайная изменчивость частоты и глубины дыхания.
Особенно большое значение в тонком приспособлении дыхания к изменяющимся условиям существования организма имеют полушария большого мозга, оказывающие прямое влияние через кортикобульбарные пути и при посредстве подкорковых структур - стриопаллидарной и лимбической систем, гипоталамуса, ретикулярной формации ствола мозга.
Раздражение любых долей больших полушарий головного мозга вызывает изменения дыхательных движения (В.Я. Дашалевский 1874). У животных были выработаны условные рефлексы на дыхание. После удаления участков коры больших полушарий, осуществлявших высшую регуляцию дыхания, безусловно-рефлекторные изменения дыхания сохранялись, а условные рефлексы на дыхание временно исчезали, а затем восстанавливались.
Влияние больших полушарий головного мозга на дыхание доказывается тем, что дыхательные движения могут быть по желанию изменены: дыхание можно замедлить или задержать на некоторое время или наоборот, участить или углубить. Психические влияния и внушения вызывают изменение дыхательных движений.
Таким образом, высшая наиболее тонкая форма регуляции дыхания, а именно обеспечение соответствия дыхательных движений условиям жизни, осуществляется при участии больших полушарий головного мозга 3, 13, 22.
3. ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
В то же время в литературе сведений о влиянии умственной деятельности на функцию внешнего дыхания у детей и подростков разного возраста и пола недостаточно. В связи с этим мы поставили перед собой задачу; исследовать и изучить динамику внешнего дыхания и потребления кислорода у детей и подростков под влиянием умственной деятельности разной интенсивности, т.е. в период обычного урока, до контрольной работы, после контрольной работы.
С этой целью мною обследовались мальчики и девочки г. Костромы средней школы №4 в возрасте 8-9 лет, 10-11 лет, 12-13 лет, 15-16 лет, относящиеся по состоянию здоровья к основной группе.
В каждой возрастно-половой группе было по 20 человек.
Изучение динамики внешнего дыхания, ЖЕЛ и потребления О2 проводилось в период обычного урока, до контрольной работы, после контрольной работы по русскому языку, математике.
У обследуемых регистрировались следующие показатели: жизненная емкость легких, дыхательный объем, частота дыхания, минутный объем легочной вентиляции, рассчитывалось потребление О2 и показатели при пробе Генча и Штанге, т.е. задержка дыхания на вдохе и на выдохе.
Обследование проводилось в течение 3-х лет (в 1992-1993 г. обследование ЖЕЛ; в 1993-1994 гг. обследование динамики внешнего дыхания и потребления кислорода).
Полученный материал обрабатывался методом вариационной статистики.
Вариационные ряды - называется ряд, характеризующий распределение исследуемой совокупности по величине исследуемого признака.
Варианты - каждое конкретное значение величины называется вариантой и обозначается буквой “ν”. В вариационном ряду различают максимальную и минимальную варианту – νmax и νmin.
Амплитуда или размах вариационного ряда. Сопоставление минимальной и максимальной вариант дает возможность определить амплитуду или размах между максимальной и минимальной вариантами, представляющую разность между ними.
Познавательное значение этого показателя состоит в том, что по нему можно ориентировочно судить о степени изменчивости признака. Чем больше размах ряда, тем более он вариабилен.
Средняя арифметическая величина. Зная варианты ряда, можно определить важнейшую в статистическом анализе среднюю арифметическую величину. Простая средняя арифметическая величина обозначается М, а формула вычисления:
,
где - знак суммирования;
n – общее число наблюдений.
Среднее арифметическое отклонение. Средняя арифметическая величина сама по себе еще недостаточна для использования в гигиенических исследованиях.
Одна и та же величина, например, ЖЕЛ, может быть оценена различно. Так, средняя арифметическая жизненной емкости легких трех групп, состоящих из одинакового количества обследуемых равны. Казалось бы, характеризуемые этим средним показателем однородны в отношении ЖЕЛ, однако дело обстоит не так. Средняя ЖЕЛ в группах не только не служит обобщающей числовой характеристикой ряда, но наоборот, искажает картину.
Изменчивость признака, его вариабельность характеризуется средним квадратичным отношением δ (сигма).
Вычисление этого показателя производится по формуле:
,
где .
Чем больше варьирует признак, чем больше амплитуда вариационного ряда, тем больше сигма.
Сигма является основным материалом отклонения признака от его средней арифметической взвешенной и используется при индивидуальной оценке физического развития.
Жизненные индексы вычисляются по формулам:
Ж/М (по росту),
Ж/М (по массе тела),
где m – масса тела.
Измерение морфо-функциональных показателей динамики внешнего дыхания проводилось следующим образом.
Жизненная емкость легких - это объем максимального выдоха после максимального вдоха. ЖД определяется с помощью спирометра – цилиндра, наполненного водой. В воду погружен второй цилиндр несколько меньшего диаметра, закрытый сверху. Вес этого цилиндра уравновешивается гирями, перекинутыми сверху через два блока, укрепленных на стойках спирометра. Сквозь дно наружного цилиндре проходит вертикальная трубка, конец которой находится выше уровня воды в цилиндре. Нижний конец этой трубки загнут под прямым углом и соединен с резиновой трубкой и мундштуком. Если в цилиндр вдувается воздух, внутренний цилиндр всплывает, почти не оказывая сопротивления вдыхаемому воздуху. Указатель, укрепленный к подвижному цилиндру показывает по шкале объем выдохнутого воздуха. Для того, чтобы удалить воздух из спирометра необходима открыть пробку, закрывающую отверстие наверху подвижного цилиндра, опустить цилиндр рукой и снова закрыть пробкой.
Перед началом работы мундштук протереть ватой, смоченной спиртом, и спирометр поставить на нулевое положение. Для определения ЖЕЛ, нос испытуемого зажать пальцами. Испытуемый делает возможно глубокий вдох, берет в рот мундштук спирометра и производит максимальный выдох.
Частота дыхательных движений определялась пальпаторно на грудной клетке. С помощью секундомера определялось количество дыхательных движений в минуту.
Запись дыхательных движений грудной клетки обозначается как пневмограмма.
Дыхательный объем (воздух) определяли с помощью спирометра - цилиндра, наполненного водой. Чтобы измерить дыхательный объем, для этого нужно установить внутренний цилиндр спирометра на нуле. После спокойного вдоха сделать спокойней выдох через мундштук. Отметить по шкале высоту состояния цилиндра. Не опуская цилиндра, повторить 2-3 раза спокойный выдох после спокойного вдоха и определите среднюю величину дыхательного объема, разделив сумму показаний спирометра на число проведенных выдохов.
Минутный объем легочной вентиляции - это количество воздуха, которое человек вдыхает за 1 минуту.
Он определяется произведением величины вдыхаемого воздуха (дыхательный объем) на число дыхательных движений за 1 минуту.
Потребление кислорода определялось расчетным методом, учитывая содержание кислорода во вдыхаемом воздухе =21%. Т.е. минутный объем легочной вентиляции х21% кислорода (содержащегося в воздухе) = в мл/мин. В свою очередь минутный объем легочной вентиляции рассчитывался: частота дыхательных движений умноженное на дыхательный объем.
Полученные данные подвергались математической обработке с вычислением средних величин и среднего квадратичного отклонения δ (сигмы).
4. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ВОЗРАСТНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ДИНАМИКИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
В 1992-1993 году было проведено обследование физического развития школьников средней школы №4 г. Костромы.
Целью этих обследований являлось установление уровней физического развития.
Для изучения было выделено 4 класса (3 класс, 5 класс, 7 класс, 9 класс) средней школы №4 г. Костромы. Всего для исследования было взято 170 школьников.
Количество обследованных школьников по возрастам и полам
(мальчики и девочки)
Возраст
Количество мальчиков
Количество девочек
8-9 лет
15
20
10-11 лет
17
18
12-13 лет
25
25
15-16 лет
24
26
Всего
81
89
Наиболее распространенным методом функциональной характеристики дыхательной системы является определение ЖЕЛ. В данной работе приводятся результаты изучения возрастных адаптационных возможностей организма школьников на основе определения ЖЕЛ и вычисления жизненного индекса, т.е. отношения жизненной емкости легких в см3 к массе тела в кг.
В процессе возрастного развития детей происходит закономерное увеличение всех легочных и вентиляционных объемов. Однако их динамика и интенсивность прироста в отдельные возрастно-половые периоды существенно отличаются.
По графику мы видим, что до начала полового созревания существенных различий в размерах, массе тела и жизненной емкости легких мальчиков и девочек нет, но в ходе его полового созревания они все более и более нарастают.
До 10 лет мальчики немного превосходят девочек в длине тела, массе и жизненной емкостью легких. В связи с более ранним началом полового созревания у девочек последние начинают превосходить мальчиков в длине тела (с 10 до 14 лет).
Однако после 13 лет у девочек темпы увеличения роста снижаются. Обусловлено это тем, что у девочек половое развитие регулируется эстрогенами, которые не являются синергистами гормона роста, а с усилением их продукции рост тела замедляется. Одновременно с этим происходит увеличение окружности грудной клетки, очевидно связанное с необходимостью развивающегося организма в потреблении больших количеств кислорода. У мальчиков в этом возрасте физическое развитие происходит весьма интенсивно.
Возрастные изменения жизненной емкости легких
школьников (девочки/мальчики) - сигма
Возраст
Средняя величина ЖЕЛ в см3
Выше ср.
Сред.
Ниже сред.
М+1 δ до
М+2 δ
М±1 δ
М-1 δ до
М-2 δ
9
11
13
16
Возрастные изменения жизненной емкости легких, массы тела и
жизненного индекса у школьников (мальчики/девочки)
Возраст
ЖЕЛ
Масса тела
Жизненный индекс
9
11
13
15
В 13 лет данные ЖЕЛ девочек и мальчиков почти одинаковы (2500 мл). Наибольший прирост ЖЕЛ у мальчиков приходится на период полового созревания (13-15 лет). В 17 лет она достигает 4200 мл у юношей, и у девушек 3300 мл.
Таким образом, различия в размерах тела юношей и девушек больше, чем у мальчиков и девочек.
Жизненный индекс позволяет выяснить зависимость жизненной емкости легких от массы тела. По нашим данным этот показатель у детей довольно высок. Так, например, у девятилетних мальчиков он равен 64,6 см3/кг, у девочек 56,6 см3/кг.
Жизненный индекс у мальчиков возрастает до 10 лет, почти достигал величины взрослых, а затем резко падает к 13 годам, с последующим медленным подъемом к 17 годам.
У девочек снижение жизненного индекса начинается на год раньше с 9 лет, достигая минимума также к 13 годам.
Можно говорить о наличии своеобразного кризиса адаптационных возможностей дыхательной системы у 13-летних подростков.
Очевидно, этот кризис вызван гетерохромностыо созревания дыхательной системы и опорно-двигательного аппарата.
В 1993-1994 году было проведено обследование по выявлению возрастных особенностей показателей динамики внешнего дыхания и потребления кислорода у учащихся различных возрастных групп в процессе умственной деятельности.
Для изучения было выделено 4 класса (3 класс, 5 класс, 7 класс, 9 класс) средней шкоды №4 г. Костромы.
В каждой возрастно-подовом группе было по 20 человек.
Целью обследований явилось изучение динамики внешнего дыхания и потребления кислорода в периоды обычного урока, в период до контрольной работы и в период после контрольной работы по русскому языку и математике.
5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
При обследовании в 1992-1993 году школьников средней школы №4 г. Костромы были установлены возрастные нормативы величины жизненной емкости легких: интенсивность вдоха и длительность задержки дыхания на вдохе при физической нагрузке в зависимости от возраста, пола, степени развития грудной клетки, дыхательных мышц. ЖЕЛ больше у юношей, чем у девушек, у спортсменов, чем у нетренированных людей.
Органы дыхания детей отличаются от органов дыхания взрослого. У детей грудная клетка имеет форму усеченного конуса или бочкообразную с горизонтальным ходом ребер. При таком строении грудной клетки ограничена ее подвижностью и возможность расправления легких при вдохе. С возрастом форма грудной клетки постепенно меняется: ребра опускаются, принимают косое направление. И именно к 12-13 годам форма грудной клетки подростка приближается к. форме, характерной для взрослого. Это возраст полового созревания, во время которого идет интенсивное нарастание жизненной емкости легких.
Установили зависимость жизненной емкости легких от массы тела, т.е. жизненный индекс. Наблюдается снижение жизненного индекса у подростков в начальный период полового созревания, наиболее бурные темпы роста массы тела, как у мальчиков, так и у девочек приходятся на возраст 13 лет. Этим фактом и можно объяснить наименьшую величину жизненного индекса у тринадцатилетнего подростков.
Процесс дифференцировки легочной ткани заканчивается к 12 годам, а затем идет увеличение размеров ацинусов и разрастание межутогеной соединительной ткани. В этом случае можно говорить о наличии своеобразного кризиса адаптационных возможностей дыхательной системы у 13-летних подростков, у которых на 1 кг массы тела приходятся минимальный объем жизненной емкости легких, а следовательно и меньшая аэробная мощность. Очевидно, этот кризис вызван гетерохромностью созревания дыхательной системы, сердечнососудистой системы, опорно-двигательного аппарата и является одним из проявлений морфологических и функциональных изменений переходного возраста.
Анализируя возрастные особенности величины частоты дыхательных движений в зависимости от вида умственной деятельности мы можем отметить следующее, что частота дыхательных движений зависит от пола, от возраста, и от вида интенсивности умственной деятельности.
По нашим данным график №1 можно отметить, что с возрастом частота дыхательных движений уменьшается как у мальчиков, так и у девочек.
Так с увеличением умственной нагрузки частота дыхательных движений тоже увеличивается. Величина частоты дыхательных движений, как мы уже отметили, зависит и от пола. Так частота дыхательных движений у девочек выше, чем у мальчиков.
Разберем возрастные особенности величины частоты дыхательных движений у мальчиков. Так в период от обычного урока до периода перед контрольной работой частота дыхательных движений увеличивается на 2% у 9-летних, на 1% у 13-летних, на 6% - у 11-летних, а у 16-летних частота дыхательных движений не изменяется. Резкий скачок частоты дыхательных движений мы наблюдаем в периоды после контрольной работы по русскому языку и после контрольной работы по математике.
В период после контрольной работы по русскому языку мы видим, что частота дыхательных движений у 9-летних увеличивается на 20%, у 11-летних на 36%, у 13-летних на 31% и у 16-летних на 30%.
В период после контрольной работы по математике величина частоты дыхательных движений увеличивается больше, чем в другие периоды. Так у 9-летних увеличивается на 28%, у 11-летних на 40%, у 13-летних на 39% и у 16-летних на 41%.
Немного иная картина наблюдается у девочек, у них тоже наблюдается увеличение величины частоты дыхательных движений с увеличением интенсивности умственном деятельности, но в меньшей степени,
Так в период от обычного урока до периода перед контрольной работой величина частоты дыхательных движений увеличивается почти во всех случаях на 1% у 11, 13, 16-летних девочек, а у 9-летних увеличивается на 2%.
И резкий скачок увеличения частоты дыхательных движений происходит в период после контрольной работы по русскому языку и после контрольной работы по математике. В период после контрольной работы по русскому языку частоты дыхательных движений у девочек увеличивается от периода перед контрольной работой к 9 годам на 17%, к II годам на 29%, к 13 годам на 35%, к 16 годам на 29%.
В период после контрольной работы по математике частота дыхательных движений увеличивается еще больше в сравнении от периода перед контрольной работой. Так у 9-летних частота дыхательных движений увеличивается на 27%, у 11-летних на 34%, у 13-летних на 39% и у 16-летних на 29%.
Во все возрастные периоды абсолютные и относительные показатели частоты дыхания у девочек выше, чем у мальчиков. В период обычного урока частота дыхания у девочек выше, чем у мальчиков на 4% у 9-летних, на 12% у 11-летних, на 5% у 13-летних, 16-летних на 10%.
В период от контрольной работы: 9-летние на 4%, 11-летние на 7%, 13-летние на 6%, 16-летние на 11%.
В период после контрольной работы по русскому языку: 9-летние на 2%, 11-летние на 1%, 13-летние на 8%, 16-летние на 3%.
В период после контрольной работы по математике: 9-летние на 4%, 11-летние на 2%, 13-летние на 6%, 16-летние на 2%.
Анализ зависимости график №2 величины дыхательного объема от вида умственной деятельности свидетельствует, что показатель дыхательного объема зависит от пола, возраста и от вида умственной деятельности школьников.
Анализируя величину дыхательного объема, мы видим, что с возрастом она увеличивается, как у мальчиков, так и у девочек, а также наблюдается уменьшение дыхательного объема с ростом интенсивности умственной нагрузки.
Средние возрастно-половые показатели внешнего дыхания у детей и подростков в период
обычного урока (задержка дыхания на вдохе и выдохе)
Возраст
Пол
Частота дых. движений (в мин.)
Дыхательный объём (мл)
Минутный объём легочной вентиляции (л)
ЖЕЛ
Время задержки дыхания на вдохе
Время задержки дыхания на выдохе
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
7-9
М
24,8±1,3
210±1,1
5,2±0,5
1,5±0,3
24±1,4
13±0,8
Д
25,9±1,5
185±0,8
3,7±0,3
1,4±0,3
23±1,3
11±0,7
9-11
М
20,7±1,2
256±1,4
5,2±0,5
2,3±0,6
36±1,8
16±0,9
Д
23,2±1,3
239±1,4
5,0±0,5
2,1±0,5
32±1,6
14±0,8
11-13
М
20,3±1,1
314±1,7
6,3±0,6
2,8±0,7
39±1,9
23±1,1
Д
21,4±1,2
278±1,7
5,8±0,5
2,5±0,5
37±1,8
22±1,0
14-16
М
18,0±0,9
365±2,3
6,5±0,6
3,3±0,7
52±2,3
35±1,7
Д
19,8±0,9
308±2,1
6,1±0,6
3,0±0,9
46±2,0
32±1,5
Средние возрастно-половые показатели внешнего дыхания у детей и подростков
в период перед контрольной работой
Возраст
Пол
Частота дых. движений (в мин.)
Дыхательный объём (мл)
Минутный объём легочной вентиляции (л)
ЖЕЛ
Время задержки дыхания на вдохе
Время задержки дыхания на выдохе
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
7-9
М
25,3±1,2
200±10
5,0±0,2
1,5±0,2
23±1,2
11±0,7
Д
26,5±1,6
180±8
4,6±0,3
1,4±0,2
2±1,2
9±0,6
9-11
М
21,8±0,8
250±15
5,2±0,3
2,3±0,8
34±1,4
14±0,8
Д
23,4±1,1
230±13
5,2±0,4
2,1±0,2
30±1,4
13±0,8
11-13
М
20,7±0,6
300±21
5,7±0,7
2,8±0,3
38±1,6
22±0,9
Д
21,9±0,8
270±16
5,6±0,6
2,5±0,3
35±1,8
21±0,9
14-16
М
18±0,5
360±28
6,5±0,5
3,3±0,3
50±1,6
34±1,3
Д
20±0,7
300±30
6,0±0,5
3,0±0,2
43±1,6
31±1,3
Средние возрастно-половые показатели внешнего дыхания у детей и подростков
в период после контрольной работы по математике
Возраст
Пол
Частота дых. движений (в мин.)
Дыхательный объём (мл)
Минутный объём легочной вентиляции (л)
ЖЕЛ
Время задержки дыхания на вдохе
Время задержки дыхания на выдохе
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
7-9
М
32,6±1,5
180±1,5
5,8±0,5
1,5±0,2
22±0,2
11±0,7
Д
33,8±1,6
160±16
5,4±0,4
1,4±0,2
21±0,2
8±0,7
9-11
М
30,7±1,2
233±23
7,1±0,6
2,3±0,3
33±0,3
13,7±1,1
Д
31,4±1,4
227±21
7,1±0,6
2,1±0,7
29±0,3
12,3±1,1
11-13
М
28,8±0,7
296±28
8,5±0,7
2,8±0,3
37,4±0,4
21±0,2
Д
30,6±0,9
261±26
7,9±0,7
2,5±0,4
34,1±0,3
20±2,0
14-16
М
25,5±0,5
345±31
8,6±0,8
3,3±0,8
28±0,5
33±2,8
Д
25,9±0,5
298±29
8,7±0,8
3,0±0,3
42±0,5
30±2,8
Средние возрастно-половые показатели внешнего дыхания у детей и подростков
в период после контрольной работы по русскому языку
Возраст
Пол
Частота дых. движений (в мин.)
Дыхательный объём (мл)
Минутный объём легочной вентиляции (л)
ЖЕЛ
Время задержки дыхания на вдохе
Время задержки дыхания на выдохе
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
М δ
7-9
М
30,5±1,3
180±15
5,8±0,5
1,5±0,2
23±0,2
10±0,7
Д
31,2±1,5
157±15
4,8±0,4
1,4±0,2
20±0,2
8,0±0,7
9-11
М
29,8±1,1
230±23
6,8±0,6
2,3±0,3
33±0,3
13,7±1,1
Д
30,2±1,2
226±21
6,8±0,6
2,1±0,2
29,3±0,3
12±1,1
11-13
М
27,3±0,6
295±28
8±0,7
2,8±0,3
37,5±0,4
21,0±2,0
Д
29,6±0,8
261±26
7,6±0,7
2,5±0,4
34,6±0,3
20,0±2,0
14-16
М
23,5±0,4
342±31
7,9±0,7
3,3±0,3
49±0,5
32,6±2,8
Д
24,1±0,6
292±29
7,9±0,7
3,0±0,3
23±0,5
30,0±2,8
Потребление кислорода (мл/мин) у учащихся в период обычного урока, перед контрольной работой
и после выполнения умственной работы разной интенсивности
Возраст
Пол
В период покоя
Перед контрольной работой
После контрольной работы
математика
После контрольной работы
русский язык
М δ
М δ
М δ
М δ
7-9
М
109±9,7
110±10,1
121±11,6
113±11,5
Д
77±7,7
96±9,3
113±11,5
100±10,1
9-11
М
109±9,8
109±10,1
149±12,4
132±12,6
Д
105±9,7
108±10,1
149±12,4
132±12,6
11-13
М
132±10,3
119±11,4
178±15,7
168±13,4
Д
121±10,1
117±11,4
166±14,9
159±13,2
14-16
М
136±10,3
136±12,6
180±17,5
165±14,3
Д
128±10,2
121±11,7
182±17,6
165±14,3
Процентный прирост частоты дыхания у школьников при различных видах умственной нагрузки
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
2%
20%
20%
Д
-
2%
17%
27%
11
М
-
6%
36%
40%
Д
-
1%
29%
34%
13
М
-
1%
31%
39%
Д
-
1%
35%
39%
16
М
-
неизм.
30%
41%
Д
-
1%
20%
29%
Процентный прирост дыхательного объема у школьников при различных видах умственной деятельности
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
5%
10%
10%
Д
-
3%
13%
12%
11
М
-
2%
8%
7%
Д
-
4%
2%
2%
13
М
-
4%
2%
1%
Д
-
3%
4%
4%
16
М
-
1%
5%
4%
Д
-
3%
3%
1%
Процентный прирост минутного объема легочной вентиляции у школьников
при различных видах умственной деятельности
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
4%
8%
16%
Д
-
24%
4%
17%
11
М
-
неизм.
30%
36%
Д
-
4%
30%
36%
13
М
-
4%
40%
49%
Д
-
4%
35%
41%
16
М
-
неизм.
21%
31%
Д
-
2%
31%
45%
Процентный прирост показателей при пробе Генча у школьников (задержка дыхания на выдохе)
при различных видах умственной нагрузки
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
15%
неизм.
9%
Д
-
19%
11%
12%
11
М
-
13%
2%
3%
Д
-
8%
4%
6%
13
М
-
5%
2%
5%
Д
-
5%
1%
5%
16
М
-
3%
2%
3%
Д
-
3%
1%
4%
Процентный прирост показателя при пробе Штанге (задержка дыхания на вдохе) у школьников
при различных видах умственной нагрузки
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
4%
неизм.
5%
Д
-
4%
9%
10%
11
М
-
6%
3%
4%
Д
-
7%
2%
3%
13
М
-
5%
1%
2%
Д
-
5%
1%
5%
16
М
-
4%
2%
4%
Д
-
7%
3%
4%
Процентный прирост потребления кислорода у школьников
при различных видах умственной деятельности
Возраст
Пол
% прирост при различных видах умственной нагрузки
обычный урок
перед контрольной работой
после контрольной работы по русскому языку
после контрольной работы по математике
9
М
-
1%
2%
10%
Д
-
24%
4%
17%
11
М
-
неизм.
21%
37%
Д
-
2%
22%
37%
13
М
-
10%
41%
49%
Д
-
3%
35%
41%
16
М
-
неизм.
21%
32%
Д
-
5%
36%
50%
Анализируя величину дыхательного объема в период перед контрольной работой в сравнении с обычным уроком у мальчиков мы видим, что дыхательный объем уменьшается к 9 годам на 5%, к 11 годам на 2%, к 13 годам на 4%, к 16 годам на 1%.
Но, если сравнивать дыхательный объем в период после контрольной работы по русскому языку, то мы видим, что дыхательный объем еще больше уменьшается. Так к 9 годам на 10%, к 11 годам на 8%, к 13 годам на 2%, к 16 годам на 5%.
В период после контрольной работы по математике наблюдается иная картина: величина дыхательного объема уменьшается на 1% в периоды 11, 13, 16 лет, а в 9 лет не изменяется.
У девочек в период после контрольной работы по русскому языку этот показатель уменьшается на 13%, у 9-летних, на 2%, у 11-летних, на 4%, у 13-летних и на 3% у 16-летних. В период после контрольной работы по математике у 13-летних не изменяется, у 9-летних уменьшается на 1%, у 11-летних на 1%, у 16-летних на 2%.
Абсолютный показатель величины дыхательного объема у девочек ниже, чем у мальчиков. У мальчиков на обычном уровне дыхательный объем выше, чем у девочек на 13% к 9 годам, на 7% к 11 годам, на 12% к 13 годам, на 18% к 16 годам.
В период перед контрольной работой дыхательный объем у мальчиков выше, чем у девочек: к 9 годам на 11%, к 11 годам на 8%, к 13 годам на 11%, к 16 годам на 20%.
В период после контрольной работы по русскому языку к 9 годам на 14%, к 11 годам на 2%, к 13 годам на 13%, к 16 годам на 17%.
В период после контрольной работы по математике на 12% к 9 годам, на 3% к 11 годам, на 13% к 13 годам, на 15% к 16 годам.
Анализ зависимости возрастных особенностей минутного объема легочной вентиляции от вида умственной деятельности график 3 свидетельствует, что минутный объем легочной вентиляции зависит от возраста, пола и от вида умственной деятельности и от ее интенсивности. Так, например, у мальчиков 9 лет минутный объем легочной вентиляции уменьшается на 4%, 16 лет на 10% в период от обычного урока до периода контрольной работы. Мы видим, что в период 9, 13 лет мальчики более чувствительны, а в 11, 16 лет этот показатель не изменяется.
Резкий скачок минутного объема легочной вентиляции мы видим, когда интенсивность умственной деятельности увеличивается.
Так, например, в период до контрольной работы и после контрольной работы по русскому языку минутный объем легочной вентиляции увеличивается к 9 годам на 8%, 11 на 30%, 13 на 40%, к 16 на 21%.
Еще большее увеличение минутного объема легочной вентиляции мы наблюдаем у мальчиков в период после контрольной работы по математике. В 9 лет минутный объем легочной вентиляции увеличивается на 16%, 11 лет на 36%, 13 лет на 49%, 16 лет на 32%.
Иную картину мы наблюдаем у девочек, у них минутный объем легочной вентиляции увеличивается больше. Но в некоторых случаях, как и у мальчиков происходит уменьшение минутного объема легочной вентиляции. Это в возрастные периоды в 13 и 16 лет, соответственно уменьшается на 4% и на 2% (период обычного урока и до контрольной работы).
В период обычного урока и до контрольной работы у девочек резкого скачка нет, за исключением 9-летних, у них увеличение достигает до 24%, а во все другие случаи увеличивается на 4%.
Почти у всех возрастных групп идет резкое увеличение минутного объема легочной вентиляции в периоды до контрольной работы и после контрольной работы.
Так в период после контрольной работы по русскому языку у девочек 9 лет увеличение на 4%, 11 лет на 30%, 13 лет на 35%, 16 лет на 30%.
В период после контрольной работы по математике у девочек 9 лет увеличение на 17%, 11 лет на 36%, 13 лет на 41%, 16 лет на 45%.
Как мы видим у девочек под влиянием умственной нагрузки минутный объем легочной вентиляции увеличивается больше, чем у мальчиков.
Абсолютные показатели минутного объема легочной вентиляции у девочек во все возрастные периоды меньше, чем у мальчиков. В обычный урок минутный объем легочной вентиляции у мальчиков больше, чем у девочек на 29% 9 лет, на 8% 11 лет, на 9% 13 лет, на 14% 16 лет.
Перед контрольной работой у мальчиков выше на 4% в 9 лет, на 7% в 11 лет, на 3% в 13 лет, на 13% в 16 лет.
После контрольной работы по математике у мальчиков выше, чем у девочек на 14% в 9 лет, на 4% в 11 лет, на 6% в 13 лет, на 9% в 16 лет.
После контрольной работы по русскому языку на 4% в 9 лет, на 4% в 11 лет, на 12% в 13 лет, на 8% в 16 лет.
На рисунке (на графике) №4 показана динамика ЖЕЛ у школьников обоего пола в возрасте 9, 11, 13, 16 лет. Анализируя возрастные особенности жизненной емкости легких у мальчиков и девочек при различных видах умственной нагрузки, мы отмечаем следующее: жизненная емкость зависит от пола, возраста, от интенсивности умственной деятельности жизненная емкость легких не изменяется. Она остается одинаковой.
Так мы можем отметить, что у мальчиков с 9 лет ЖЕЛ увеличивается к 11 годам на 53%, к 13 годам на 36%, к 16 годам на 120%.
У девочек ЖЕЛ увеличивается с 9 лет к 11 годам на 50%, к 13 годам на 78%, к 16 годам на 114%.
Абсолютные показатели жизненной емкости легких у девочек во все возрастные периоды ниже, чем у мальчиков. К 11 годам у девочек ниже ЖЕЛ, чем у мальчиков на 3%, в 13 лет ниже на 8% и в 16 лет на 6%.
Интенсивность умственной деятельности влияет также во все возрастные периоды мальчиков и девочек на пробу Генча (задержки дыхания на выдохе). График №5. По нашим данным у 9-летних мальчиков этот показатель не изменяется после контрольной работы по русскому языку, в 11, 13, 16 лет величина пробы Генча уменьшается у них соответственно на 8%, 5%, 3%.
В период после контрольной работы по математике изменения этого показателя более существенные. У мальчиков этот показатель уменьшается у 9-летних на 9%, у 11 летних на 7%, у 13-летних на 7%, у 16-летних на 5%.
Немного другая картина наблюдается в те же возрастные периоды у девочек. Мы не отмечаем существенной разницы этого показателя у девочек в зависимости от интенсивности умственной деятельности.
В период после контрольной работы по русскому языку - этот показатель уменьшается у 9-летних на 4%, у 11-летних на 4%, у 13-летних на 1%, у 16-летних на 1%, а под влиянием интенсивной умственной нагрузки в период после контрольной работы по математике это изменение более значительно у 9-летних на 6%, у 11-летних на 6%, у 13-летних на 5%, у 16-летних на 4%.
Анализируя этот показатель, можно отметить, что у девочек существенного уменьшения показателя задержи дыхания на выдохе нет в периоды более интенсивной умственной нагрузки (контрольная работа по русскому языку), чем у мальчиков.
Абсолютный показатель пробы Генча у девочек во все возрастные периоды ниже, чем у мальчиков.
Абсолютный показатель у мальчиков выше, чем у девочек в период обычного урока у 9-летних на 19%, у 11-летних на 13%, у 13-летних на 5%, у 16-летних на 7%. В период перед контрольной работой у 9-летних на 10%, у 11-летних на 7%, у 13-летних на 4%, у 16-летних на 9%.
В период после контрольной работы по русскому языку - у 9-летних на 29%, у 11-летних на 6%, у 13-летних на 3%, у 16-летних на 20%.
В период после контрольной работы по математике у 9-летних на 25%, у 11-летних на 11%, у 13-летних на 5%, у 16-летних на 10%.
Анализ зависимости пробы Штанге (задержка дыхания на вдохе). График №6 от вида умственной деятельности свидетельствует, что время задержки на вдохе зависит от возраста, пола, от вида умственной деятельности и от ее интенсивности. Так в период перед контрольной работой можно отметить, что эта величина уменьшается к 9 годам на 4%, к 11 годам т 6%, к 13 годам на 3%, к 16 годам на 4%.
Мы можем отметить, что после контрольной работы по русскому языку показатель задержки дыхания на вдохе еще больше уменьшается, за исключением 9-летних мальчиков, эта величина не изменяется, а в 11 лет уменьшается на 3%, в 13 лет на 1%, в 16 лет на 2%.
В период после контрольной работы по математике показатель задержки дыхания на вдохе уменьшается на 5% у 9-летних, на 4% у 11-летних, у 13-летних на 2%, у 16-летних на 4%.
Аналогичные закономерности изменения задержки дыхания на вдохе отмечаются нами у девочек в те же возрастные периоды. Так контрольная работа по русскому языку вызвала уменьшение данного показателя у 9-летних на 2%, у 11-летних на 3%, у 13-летних на 1%, у 16-летних на 3%.
Анализируя этот показатель при другой умственной нагрузке после контрольной работы по математике, мы видим, тоже снижение этого показателя у девочек: у 9-летних на 3%, у 11-летних на 3%, у 13-летних на 3%, у 16-летних на 4%.
Девочки оказались менее чувствительны, нервная система у них более уравновешена, так как мы видим, что особых изменений нет. У девочек, по сравнению с мальчиками, контрольная работа по математике не вызывает резких изменений анализируемого показателя.
Абсолютный показатель задержи дыхания на вдохе у девочек во все возрастные периоды меньше, чем у мальчиков.
Абсолютный показатель пробы Штанге у мальчиков выше, чем у девочек: на обычном уроке у 9-летних на 8%, у 11-летних на 9%, у 13-летних на 5%, у 16 летних на 20%. Перед контрольной работой у 9-летних на 9%, у 11-летних на 7%, у 13-летних на 6%, у 16-летних на 5%.
Та же закономерность отмечается и после контрольной работы по русскому языку: у 9-летних на 8%, у 11-летних на 9%, у 13-летних на 10%, у 16-летних на 7%. После контрольной работы по математике: у 9-летних на 19%, у 11-летних на 30%, у 13-летних на 20%, у 16-летних на 17%.
Анализируя график №7 возрастные особенности потребления кислорода у девочек и мальчиков при различных видах умственной нагрузки, мы видим, что потребление кислорода зависит от пола, возраста и вида умственной деятельности и ее интенсивности. С возрастом потребление кислорода увеличивается, однако в период перед контрольной работой потребление кислорода у мальчиков и девочек уменьшается в 13 лет у мальчиков на 10%, а у девочек на 3%.
Во все возрастные периоды у мальчиков потребление кислорода больше, чем у девочек. Но этот показатель в период интенсивной умственной нагрузки в 11 лет одинаковый, что у мальчиков, что у девочек.
Так в период после контрольной работы по русскому языку у мальчиков 11 лет этот показатель равен 149 мл/в мин., в период после контрольной работы по математике у 11-летних мальчиков этот показатель равен 132 мл/в мин., у девочек в 11 лет - 132 мл/в мин.
Мы отмечаем, что у 9 и 11-летних мальчиков потребление кислорода в обычный урок одинаково, с 13 лет увеличивается на 21%, с 16 лет увеличивается на 4%. Увеличение этого показателя в период перед контрольной работой незначительное, так у 9-летних мальчиков увеличение потребления кислорода на 1%, у 11-летних не изменяется, у 13-летних уменьшается на 10%, у 16 летних увеличивается, на 21%.
В период после контрольной работы по русскому языку этот показатель увеличивается значительно больше: у 9-летних мальчиков на 2%, у 11-летних на 21%, у 13-летних на 41%, у 16-летних на 21%.
В период после контрольной работы по математике у мальчиков 9 лет увеличивается этот показатель на 10%, у 11-летних на 37%, у 13-летних на 49%, у 16-летних на 32%.
У девочек в период после контрольной работы по русскому языку увеличивается у 9-летних на 4%, у 11-летних на 22%, у 16-летних на 36%, у 13-летних уменьшается на 3%.
В период после контрольной работы по математике увеличение этого показателя значительно: у 9-летних девочек увеличивается на 17%, у 11-летних на 37%, у 13-летних на 41%, у 16-летних на 50%.
Абсолютный показатель потребления кислорода у мальчиков выше, чем у девочек. Так в период обычного урока этот показатель выше у мальчиков, чем у девочек на 41% у 9-летних, на 3% у 11-летних, на 9% у 13-летних, на 6% у 16-летних; в период перед контрольной работой у 9-летних на 14%, у 11-летних на 1%, у 13-летних на 2%, у 16-летних на 10%. Немного другая картина наблюдается в периоды после контрольной работы по русскому языку и математике у 11-летних и 16-летних мальчиков и девочек потребление кислорода одинаково. Так в период после контрольной работы по русскому языку у 11-летних мальчиков и девочек потребление кислорода составляет 132 мл/в мин., а у 16-летних в период после контрольной работы по русскому языку у мальчиков и девочек этот показатель равен 132 мл/в мин, у 16-летних в период после контрольной работы по математике у мальчиков и девочек этот показатель равен 165 мл/в мин.
Полученные данные позволяют дать несколько рекомендаций, направленных на улучшение у школьников на протяжении всех лет обучения:
1. Увеличить интенсивность занятий по физкультуре, сделать их более интересными.
2. Формировать положительное отношение у школьников к активным занятиям физической культурой.
3. Шире вовлекать школьников в спортивные секции во все годы обучения в школе.
4. Ввести физкультурные паузы во время аудиторных занятий.
5. Шире проводить различные оздоровительные мероприятия.
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Установлены возрастные нормативы величин: ЖЕЛ, частоты дыхания, дыхательного объема, минутного объема легочном вентиляции, пробы Генча и Штанге (задержи дыхания на выдохе и вдохе), потребления кислорода.
2. Установили зависимость ЖЕЛ - зависит от возраста и пола. ЖЕЛ у мальчиков выше, чем у девочек. В возрастной период с 9 лет до 16 лет ЖЕЛ у мальчиков увеличилась от 1,5-3,3 л, у девочек от 1,4 - 3,0 л.
3. Установили зависимость ЖЕЛ от массы тела, т.е. жизненный индекс. Наблюдается снижение жизненного индекса у подростков в начальный период полового созревания. Наиболее бурные темпы роста массы тела как у мальчиков, так и у девочек приходятся на возраст 13 лет. Этим фактом и можно объяснить наименьшую величину жизненного индекса у 13-летних подростков.
4. Величина частоты дыхания зависит от возраста, пола, вида умственной деятельности и от ее интенсивности. Дыхание у девочек выше, чем у мальчиков. С возрастом частота дыхания уменьшается как у мальчиков, так и у девочек. Но с увеличением интенсивности умственной деятельности она увеличивается.
5. Величина дыхательного объема зависит от возраста, пола, вида умственной деятельности и от ее интенсивности. С 9 до 16 лет дыхательный объем увеличивается у мальчиков в 1,7 раза, у девочек за этот же период в 1,6 раза. Дыхательный объем у мальчиков выше, чем у девочек. С увеличением интенсивности умственной нагрузки дыхательный объем уменьшается в 1,2 раза как у мальчиков, так и у девочек.
6. Величина минутного объема легочной вентиляции зависит от пола, возраста, вида умственной деятельности и от ее интенсивности. С возрастом минутный объем легочной вентиляции увеличивается: у мальчиков в 1,25 раза, у девочек 1,65 раза. Величина минутного объема легочной вентиляции у мальчиков во все возрастные периоды выше, чем у девочек. С увеличением интенсивности умственной нагрузки минутный объем легочной вентиляции увеличивается у мальчиков в 1,2 раза, у девочек в 1,5 раза.
7. Потребление кислорода у мальчиков с возрастом увеличивается. Потребление кислорода у мальчиков выше, чем у девочек. При увеличений интенсивности умственной нагрузки потребление кислорода увеличивается.
8. Основной принцип развития дыхательной системы - экономизация ее функции. С возрастом от 9 до 16 лет у школьников улучшается эффективность вентиляции и газообмена.
7. МЕТОДИЧЕКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЮ ВНЕКЛАССНОЙ РАБОТЫ ПО ПРЕДМЕТУ “ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЗДОРОВЬЕ”
В настоящее время перед нашей школой стоит чрезвычайно актуальная задача - воспитание подрастающего поколения, которому предстоит вести работу в самых разнообразных отраслях производства, науки, культуры, которые очень быстро развиваются в связи с научно-техническим прогрессом.
Решению этой задачи во многом способствует внеклассная работа, проводимая в тесной связи с классными уроками и другими учебными занятиями.
Внеклассная работа по биологии организуется во внеурочное время. Она не обязательная для всех школьников и охватывает, главным образом, тех, которые проявляют интерес к биологии. Содержание внеклассной работы не ограничивается рамками учебной программы, а значительно выходит за ее пределы и определяется в основном интересами учащихся, которые часто складываются под влиянием учителя биологии.
Хорошо поставленная внеклассная работа имеет большое учебно-воспита-тельное значение. Она позволяет учащимся значительно расширить, осознать и углубить полученные на уроках знания, превратить их в стойкие убеждения. Связано это прежде всего в тем, что в процессе внеклассной работы, нестесненной определенными рамками уроков, имеются большие возможности для использования наблюдения и эксперимента - основных методов биологической науки. Проведя эксперименты, наблюдения за теми или иными явлениями, школьники приобретают на основе непосредственных восприятий конкретные представления о предметах и явлениях окружающей их действительности.
Внеклассная работа позволяет учесть разносторонние интересы школьников, значительно углубить и расширить их в нужном направлении.
Внеклассная работа способствует выявлению склонности к одаренности учащихся, помогает им выбрать будущую профессию. История науки свидетельствует о том, что именно в детском возрасте возникла и крепла склонность к тому или иному делу у многих ученых-биологов и выдающихся практиков сельского хозяйства.
Внеклассная работа по биологии дает возможность глубже осуществлять связь теории с практикой, реализовать принцип политехнического обучения.
Внеклассная работа по биологии не сводится только к опытам и наблюдениям. Значительное место в ней имеют занятия по изготовлению наглядных пособий, организации биологических олимпиад, выставок, выпуску стенных газет и т.д.
Таким образом, внеклассная работа по биологии имеет большое значение как в разрешении учебно-воспитательных задач школьного курса биологии, так и в разрешении многих общепедагогических задач, стоящих перед общеобразовательной школой в целом. Поэтому она должна занять важное место в деятельности каждого учителя биологии.
При вычленении форм внеклассной работы следует исходить как из количества учащихся, принимающих участие во внеклассной работе.
Выделим следующие формы внеклассной работы по биологии:
1) индивидуальные занятия;
2) эпизодические групповые занятия;
3) кружковые занятия;
4) массовые натуралистические мероприятия.
Основной формой групповых внеклассных занятий по разделу “Человек и его здоровье” является школьный физиологический кружок. Следует заметить, что физиологические кружки в школах чаще всего организуются на базе реферативной работы учащихся. Кружки юных физиологов исследовательского характера менее распространены в школах или вообще не проводятся.
Используя возможности собственной экспериментальной работы, мы сочли возможным разработать программу проблемно-исследовательского кружка юного физиолога и составить методические рекомендации к проведению занятий с учащимися.
Отметим значение исследовательского подхода к организации кружка юного физиолога. В большинстве своем занятия такого кружка связаны с постановкой эксперимента, изучением литературы по методам исследования физиологических процессов, с длительными наблюдениями над собой и над товарищами. При этом интерес к занятиям кружка у школьников возрастает, так как они являются активными участниками физиологического эксперимента, выполняя задания исследовательского характера. Подобные кружки позволяют разнообразить формы организации учебно-познавательной деятельности школьников (индивидуальной, творческой, групповой, кооперативной и др.), учат учащихся самостоятельному поиску, активизируют работу с литературными источниками.
В результате продуманного применения эксперимента или результатов его учитель-экспериментатор может решить многие проблемы современной школы. Например, усилить индивидуальный подход к изучению раздела “Человек и его здоровье”, осуществить дифференцированное обучение, пользуясь средствами внеклассной работы, осуществить доступное внедрение в учебный процесс методов исследования физиологической науки и т.д.
Работа учителя-экспериментатора по современным проблемам физиологии человека является образцом для учащихся и может оказать активное влияние на стремление школьников уметь добывать новые научные знания. Такой подход к направлению кружковой работы обеспечивает также профессиональную ориентацию школьников на выбор профессий, где необходимы глубокие анатом-физиалогические знания.
Кружок юных физиологов ставит своей целью:
1) углубить знания учащихся в области физиологии человека путем использования научной литературы, постановки опытов и наблюдений;
2) привить учащимся навыки в проведении лабораторных работ;
3) ознакомить их с техникой научного эксперимента;
4) научить постановке кратковременных и длительных опытов на животных;
5) научить самостоятельно делать выводы и обобщения из своих опытов и наблюдений, а также умению доложить и литературно оформить результаты проделанной в кружке работы;
6) научить изготавливать наглядные пособия для уроков и помогать учителю в проведении лабораторного практикума.
Помимо перечисленных видов работ проводятся экскурсии и общественно-массовая работа - научные вечера, КВН, огоньки.
Факультативные занятия по теме “Дыхание”, например, можно провести и в виде лабораторно-практических занятии и в виде программированной работы.
Практические работы
Работа №1. Санитарное обследование температуры воздуха в помещении.
Оборудование: термометр для измерения комнатной температуры.
Порядок работы:
1. Измерить температуру воздуха у окон и у противоположной стены.
2. Измерьте температуру воздуха на уровне парт и у пола.
3. Оценка результатов. Сравните полученные данные с нормативами.
4. Ответьте на вопросы:
а) почему при измерении температуры воздуха нельзя термометр вешать на стенку;
б) почему при снятии показаний термометра не рекомендуют брать его в руки?
в) от каких причин может зависеть разница температуры воздуха у пола и на уровне стола?
Работа №2. Определение коэффициента аэрации в помещении.
Оборудование: сантиметровая рулетка.
Порядок работы:
1. Вычислите площадь форточки или фрамуги,
2. Площадь открытых частей окна умножьте на количество окон.
3. Определите площадь пола в помещении.
4. Вычислите коэффициент аэрации по формуле:
,
где Ка - коэффициент аэрации,
S1 - площадь форточек,
S2 - площадь пола.
Оценка результатов. Сравните экспериментальные результаты с нормативами. В норме коэффициент аэрации должен быть равен 1/50 или быть немного выше Ка ≥ 0,02.
Работа №3. Определение скорости воздухообмена в помещении при его проветривании.
Оборудование: коробка спичек.
Порядок работы:
Поднести к двери, открытой форточке или окну горящую спичку.
Оценка результатов:
Если пламя неподвижно, движения воздуха нет, следовательно, проветривания помещения почти не происходит. Если пламя колеблется, проветривание нормальное. Если пламя гаснет, проветривание слишком интенсивное - сквозняк.
Работа №4. Определение запыленности воздуха.
Предварительные замечания: чтобы получить достоверный результат, нельзя ограничиться подсчетом пылинок в каком-то одном месте препарата. Надо взять несколько участков препарата: например, с левого верхнего края, в центре и с правого нижнего края, а уж потом подсчитать средний результат.
Большой интерес представляет характер пыли. Это могут быть обрывки ткани, твердые частички с острыми краями, мягкие частицы, волосы и прочее. При подсчете не следует путать частицы пыли с пузырьками воздуха. Отдельные пылевые частицы лучше просмотреть под большим увеличением микроскопа.
Оборудование: микроскоп, предметное стекло, покровное стекло, вода.
Порядок работы:
1) нанести каплю воды на предметное стекло (оно должно быть чисто вымыто) и оставьте его лежать в течение 15 минут;
2) если капля не высохла, осторожно накройте ее покровным стеклом и подсчитайте число пылинок в разных участках препарата.
Оценка результатов:
Если при увеличении микроскопа в 56 раз число пылинок в поле зрения микроскопа не превышает 15-20, уровень запыленности можно считать небольшим.
Работа №5. Дыхательные функциональные пробы с задержкой дыхания на фазе вдоха и выдоха.
Предварительные замечания: каждый человек может по желанию задержать дыхание на некоторое время, но уже через несколько секунд он ощущает нехватку воздуха и ему хочется восстановить дыхание. Почему это происходит?
Дело в том, что задержка дыхания не прекращает газообмена в тканях. В клетках продолжается распад и окисление органических веществ с освобождением энергии. Продукты распада, в том числе и углекислый газ, поступают в кровь. Кровь с повышенной концентрацией углекислого газа доходит до дыхательного центра продолговатого мозга и возбуждает его. Когда концентрация углекислого газа в крови достигает определенной критической величины, происходит непроизвольное возобновление дыхания.
Проба с задержкой дыхания в состоянии вдоха, а затем в состоянии выдоха показывает функциональные возможности дыхательной и кровеносной систем.
При задержке дыхания в фазе вдоха в легкие поступают порции наружного воздуха, и потому концентрация углекислого газа в их альвеолах несколько снижена. Увеличен и объем легких. Концентрация накапливающегося углекислого газа в крови нарастает медленно, так как часть углекислого газа попадает в легкие до их насыщения. Вот почему на фазе вдоха удается задержать дыхание дольше, чем на фазе выдоха. При выдохе насыщение легких углекислым газом происходит быстрее, большая часть его остается в крови и критическая концентрация углекислого газа в крови наступает быстрее. При тренировках, с одной стороны, увеличивается жизненная емкость легких, а с другой процессы распада и окисления в тканях идут более экономно и величина максимальной задержки дыхания удлиняется как на вдохе, так и на выдохе.
Лицам, страдающим головокружением, заболеваниями сердечно-сосудистой или дыхательной систем, выполнять пробы с задержкой дыхания не следует!
Оборудование: секундомер или часы с секундной стрелкой.
Порядок работы:
Проба проводится в положении сидя
1. Сделай глубокий вдох и глубокий выдох.
2. После этого вдохните примерно 80% воздуха от максимально возможного и задержите дыхание. Начните отсчет.
3. Выключите секундомер, когда дыхание возобновится непроизвольно, и запишите результат.
4. Отдохните 5-7 минут.
5. Сделайте не очень глубокий выдох, задержите дыхание и тут же включите секундомер.
6. Выключите секундомер при непроизвольном восстановлении дыхания и запишите результат.
Опенка результатов:
Результат задержки дыхания на вдохе считается удовлетворительным, если человек смог задержать дыхание на 15-55 секунд. Более низкие результаты следует считать плохими, более высокие - хорошими. Результат задержки дыхания на выдохе считается удовлетворительным, если он не ниже 12-13 секунд.
7. Ответьте на вопрос: почему при тренировке улучшаются результаты? (Из приведенных ответов выберите верный):
а) прекращается тканевый обмен;
б) тканевый обмен становится более экономным;
в) увеличивается способность организма работать в условиях недостатка кислорода. Кислородный долг ликвидируется за счет интенсивного дыхания после восстановления дыхания;
г) организм приобретает способность вдыхать воздух с большим содержанием кислорода и с меньшим количеством углекислого газа;
д) дыхательный центр становится более чувствительным к углекислому газу;
е) дыхательный центр становится менее чувствительным к углекислому газу.
И, например, программированные работы.
Значение дыхания. Строение органов
дыхания (программированная работа).
Вопрос 1. Откуда и куда кровь переносит кислород?
Ответ: а) от легких к клеткам и тканям; б) от клеток и тканей к легким; в) от сердца к тканям; г) от тканей к сердцу.
Вопрос 2. Откуда и куда кровь переносит оксид углерода (IV)?
Ответ: то же, что к вопросу 1.
Вопрос 3. Какую функцию выполняют капилляры малого круга кровообращения в легких?
Ответ: а) осуществляют газообмен между кровью и воздухом альвеол; б) снабжают легочную ткань кислородом и питательными веществами; в) обогащают кровь кислородом и питательными веществами; г) осуществляют газообмен между кровью и клетками организма.
Вопрос 4. Какую роль играют капилляры большого круга кровообращения в легких?
Ответ: то же, что к вопросу 3.
Вопрос 5. Какие органы непосредственно участвуют в голосообразовании (речевой функции)?
Ответ: а) трахея и бронхи; б) носовая полость и гортань; в) голосовые связки гортани при выдохе; г) бронхи и легкие.
Ответы к работе: 1а, 2б, 3а, 4б, 5в.
Газообмен в легких и тканях (программированная работа)
Вопрос 1. Где больше оксида углерода (IV)?
Ответ: а) в легочных капиллярах малого круга кровообращения, оплетающих альвеолы; б) в воздухе, заполняющем легочные пузырьки - альвеолы.
Вопрос 2. Что лежит в основе механизма газообмена в легких и тканях?
Ответ: а) сокращение и расслабление дыхательных мышц; б) расширение и сужение грудной клетки; в) диффузия газов; г) сокращение и расслабление диафрагмы.
Вопрос 3. Какова причина газообмена?
Ответ: а) малая скорость течения крови по капиллярам; б) разное содержание газов в крови и тканях или в крови и альвеолах легких; в) отсутствие кислорода; г) отсутствие оксида углерода (IV).
Вопрос 4. Куда поступает кислород из альвеол при дыхании?
Ответ: а) в кровь; б) в эритроциты; в) в плазму и эритроциты; г) в клетки всего организма.
Вопрос 5. Куда поступает кислород при тканевом дыхании?
Ответ: а) из клеток и тканей в плазму крови и эритроциты; б) из эритроцитов в плазму крови, а из нее в клетки и ткани; в) из капилляров в воздух альвеол; г) из воздуха альвеол в кровь.
Вопрос 6. Куда поступает оксид углерода (IV) при тканевом дыхании?
Ответ: а) из клеток и тканей в кровь; б) из крови в клетки и ткани; в) из эритроцитов в плазму крови, а из нее в клетки и ткани; г) из крови в воздух альвеол.
Ответы к работе: 1а, 2в, 3б, 4в, 5б, 6а.
Дыхательные движения (программированная работа)
Вопрос 1. Где в организме артериальная кровь превращается в венозную?
Ответ: а) в легких; б) в тканях; в) в сердце; г) в печени.
Вопрос 2. Благодаря чему происходит вентиляция альвеол легких?
Ответ: а) легочному газообмену; б) дыхательным движениям (вдоху и выдоху); в) эластичности альвеол; г) малой скорости течения крови в капиллярах.
Вопрос 3. Почему при увеличении объема полости грудной клетки во время, вдоха увеличивается и объем легких?
Ответ: а) потому что легочная ткань эластична; б) благодаря отрицательному давлению в межплевральной полости; в) благодаря эластичности легочной ткани и отрицательному давлению в межплевралъной полости; г) под действием атмосферного давления воздуха.
Вопрос 4. Благодаря чему расширяется грудная клетка и увеличивается объем грудной полости при вдохе?
Ответ: а) сокращению вдыхательной мускулатуры; б) расслаблению вдыхательной мускулатуры и диафрагмы; в) сокращению вдыхательной мускулатуры и диафрагмы; г) сокращению вдыхательной мускулатуры и расслаблению диафрагмы.
Вопрос 5. Благодари чему уменьшается объем грудной полости при спокойном выдохе?
Ответ: а) благодаря расслаблению вдыхательной мускулатуры и диафрагмы; б) благодаря расслаблению вдыхательной мускулатуры и сокращению выдыхательной; в) благодаря расслаблению вдыхательной мускулатуры, расслаблению диафрагмы и сокращению выдыхательной мускулатуры; г) благодаря расслаблению диафрагмы.
Ответы к работе: 1б, 2б, 3в, 4в, 5а.
Регуляция дыхательных движений (проблемное обучение
и программированная работа)
Цель: получить представление о единстве нервной и гуморальной регуляции, а также о принципе саморегуляции на примере регуляции дыхательных движений.
Методические приемы: беседа, просмотр кинофильма, опыты.
Демонстрационный материал, оборудование: метроном или часы с секундной стрелкой, модель, поясняющая механизм вдоха и выдоха, кинофильм “Регуляция дыхательных движений”, таблицы “Головной мозг”, “Опыт с перекрестным кровообращением”, схема «Рефлекторная саморегуляция дыхательных движений”.
Вначале путем фронтальной беседы учащиеся повторяют пройденный материал, отвечая на следующие вопросы. Какая сила обусловливает переход газов через стенки альвеол и капилляров? В чем причина газообмена? Куда поступает кислород и оксид углерода (IV) при газообмене в легких; в тканях и почему? Как называется процесс перехода газов из одной среды в другую? Что такое жизненная емкость легких; как можно измерить ее? Какие имеются способы искусственного дыхания? Чем отличается дыхание тренированного человека от нетренированного? Каким актом является вдох (выдох) - активным или пассивным? Почему купол диафрагмы всегда обращен в сторону грудной клетки (нарисовать схему положения диафрагмы при вдохе и выдохе)? Почему воздух во время вдоха поступает в легкие, а при выдохе выходит из них? Что такое эластическая тяга легких? В каких состояниях находятся в крови кислород, оксид углерода (IV), азот? Почему водолаза надо медленно поднимать с большой глубины? По каким артериям течет венозная кровь; по каким венам - артериальная? Что такое оксигемоглобин, метгемоглобин? Одинаков ли объем эритроцита в венозной и артериальной крови? Как называется соединение гемоглобина с оксидом углерода (IV)? Какими особенностями характеризуется карбогемоглобин? Как изменится характер дыхательных движений при повышении оксида углерода (IV) в крови? Зачем нужна регуляция дыхания?
Переходя к объяснению нового материала, учитель предлагает учащимся задержать как можно дольше дыхание и после этого задает первый проблемный вопрос: почему неизбежно происходит смена вдоха выдохом и наоборот. Чтобы дать ответ, необходимо знать механизм регуляции дыхания. С этой целью учитель сообщает сведения о дыхательном центре, об условиях, в которых происходит его возбуждение, о механизме смены вдоха и выдоха. После этого демонстрируется кинофильм “Регуляция дыхательных движений”. Попутно ставится ряд вопросов. Какие рецепторы раздражаются при вдохе? Как вдох обусловливает выдох? Где находится главный дыхательный центр, согласовывающий работу дыхательных мышц? Как изменяются дыхательные движения при усиленной мышечной работе? Почему рефлексы кашля и чихания называются защитными?
Далее рассматривается вопрос о ритмичности возбуждения дыхательного центра и автоматичности регуляции смены вдоха и выдоха. В результате учащиеся приходят к выводу, что в основе саморегуляции дыхательных движений лежит увеличение концентрации оксида углерода (IV) в крови (уменьшение кислорода) и возбуждение рецепторов органов дыхания при расширении грудной клетки во время вдоха. Эти факторы возбуждают центр выдоха и одновременно тормозят центр вдоха. Таким образом, вдох сменяется выдохом и наоборот.
Перед постановкой второго проблемного вопроса учащимся необходимо путем самонаблюдения проследить, как изменяется частота и глубина дыхательных движений после приседаний, нескольких глубоких вдохов, задержки дыхания. В результате чего возникает вопрос: каков механизм изменения ритма дыхательных движений? В связи с этим раскрывается сущность влияния химических веществ на дыхательный центр и особая чувствительность его к оксиду углерода (IV) и кислороду. При этом подчеркивается, что оксид углерода (IV) увеличивает возбудимость дыхательного центра и дыхание становится частым и глубоким (это отмечается после задержки дыхания или мышечной работы, например, приседаний), а содержание в крови большого количества кислорода уменьшает возбудимость дыхательного центра, а дыхание становится редким и поверхностным (например, после нескольких глубоких вдохов, т.е. после гипервентиляции легких). На основании этих наблюдений у учащихся формируется представление о связи нервной и гуморальной регуляции и они приходят к выводу, что возбудимость дыхательного центра определяется действиями нервных и гуморальных факторов и что в зависимости от степени возбуждения его дыхательные движения либо ускоряются и углубляются, либо замедляются и ослабляются.
Для контроля степени усвоения знаний и закрепления материала предлагается следующая программированная работа.
Вопрос I. Как осуществляется вдох (механизм вдоха)?
Ответ: а) грудная клетка и грудная полость расширяются, чему способствует сокращение вдыхательной мускулатуры и мышц диафрагмы; б) в крови накапливается оксид углерода (IV), который и возбуждает дыхательный центр. Возбуждение его передается на вдыхательные мышцы и диафрагму, сокращение которых вызывает увеличение объема полости грудной клетки и, следовательно, легких; в) в крови накапливается кислород, который возбуждает дыхательный центр. Возбуждение его передается по центробежным волокнам на вдыхательную мускулатуру, которая, возбуждаясь, сокращается и расширяет грудную клетку и грудную полость; г) в крови накапливается оксид углерода (IV), который тормозит дыхательный центр. Вдыхательная мускулатура сокращается, а выдыхательная расслабляется. Грудная клетка и грудная полость расширяются.
Вопрос 2. При каких условиях повышается возбудимость дыхательного центра, а дыхание углубляется и учащается?
Ответ: а) при повышении в крови концентрации кислорода; б) при повышении в крови концентрации оксида углерода (IV); в) при повышении в крови концентрации кислорода и оксида углерода (IV); г) при снижении в крови концентрации кислорода и оксида углерода (IV).
Вопрос 3. При каких условиях уменьшается возбудимость дыхательного центра и дыхание урежается, ослабляется?
Ответ: то же, что к вопросу 2.
Вопрос 4. Как изменяется дыхание после нескольких глубоких вдохов?
Ответ: а) участится и углубится; б) станет реже и ослабится; в) участится; г) ослабится.
Ответы к, работе: 1б, 2б, 3а, 4б.
8. ЛИТЕРАТУРА
1. К.Е. Бугаев. Возрастная физиология. М., Просвещение, 1975.
2. В.И. Венчиков, В.А. Венчиков. Основные приемы статистической обработки в области физиологии. М., Медицина, 1976.
3. С.И. Гальперин. Физиология человека и животных. М., Высшая школа, 1970.
4. М.П. Чукилев. Физиология человека. М., Медицина, 1961.
5. А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова. Адаптация организма учащихся к учебной и физической нагрузке. М., Педагогика, 1982.
6. И.С. Бреслав. Как управляется дыхание человека. Л., Наука, 1985.
7. А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова, Д.А. Фарбер. Возрастная физиология и школьная гигиена. М., Просвещение, 1990.
8. Популярная медицинская энциклопедия. Под ред. академ. Б.Е Петровского. М., Советская энциклопедия, 1984.
9. Адаптация организма подростков к учебной нагрузке. М., Педагогика, 1987. Под ред. Калсовой Д.В.
10. Л.Е. Любомирский. Нормирование нагрузок в физическом воспитании школьников. М., Педагогика, 1989.
11. А.Н. Кабанов, Э.Г. Каплун. Руководство к лабораторным занятиям по физиологии человека и животных, М., Просвещение, I960.
12. И.С. Бреслав, В.И. Миняев. Воздух - дыхание - жизнь. М., Московский рабочий. 1984.
13. А.Н. Кабанов, Физиология человека и животных. М., Просвещение, 1965.
14. К.П. Голышева, С.И. Гальперин. Физиология человека и животных. М., Высшая школа, 1961.
15. А.З. Белоусов. Руководство к практическим занятиям но гигиене детей и подростков. М., Медицина, 1972.
16. С.И. Гальперин. Физиологические особенности детей. М., Просвещение, I978.
17. А.С. Комсов. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания. М., Педагогика, 1978.
18. Н.Н Леонова. Анатомия и физиология детского организма. М., Просвещение, 1978.
19. А.А. Маркосян. Вопросы возрастной физиологии. М., Просвещение, 1974.
20. Практикум по возрастной физиологии и школьной гигиене (методические рекомендации для студентов педагогических институтов), Кострома, 1976.
21. Т.Д. Кузнецова. Возрастные особенности дыхания детей и подростков. М., Медицина, 1986.
22. Физиология человека. Е.Б. Бабский и др. М., Медицина, 1985.
23. Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. Академия педагогических наук СССР. М., Педагогика, 1991, №2.
24. Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. №1. Академия педагогических наук СССР. М., Педагогика, 1991.
25. Новые исследования в психологии и возрастной физиологии, №2. Академия педагогических наук. СССР, М., Педагогика, 1989.
26. Новые исследования в психологии и возрастном физиологии, № 2. Академия педагогических наук. СССР, М., Педагогика, 1990.
27. Гурова М.В. Возрастная морфология грудной клетки человека. М., Просвещение, 1965.
28. А.З. Колчинская. Кислородные режимы организма ребенка и подростка. Киев, Наукова дума, 1973.
29. Д.В. Колсов, Н.Б. Сельверова. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания. М., Педагогика, 1978.
30. И.А. Корниенко. Возрастные изменения энергетического обмена и терморегуляции. М., Наука, 1979.
31. Кулик A.M. Регуляция дыхания при различных воздействиях на организм. Автореферат диссертации доктора биологических наук. М., I967.
32. Тугина Н.С. Вентиляция и взаимоотношения с кровообращением у здоровых детей 7-15 лет. Автореф. дис. канд. М., 1966.
33. Семова Н., Александрова Л., Калаткова П. и др. О взаимозависимости полового созревания и показателей физического развития. М., Гигиена и здоровье, 1981.
34. Властовский В.Г. Акселерация роста и развития детей. МГУ, 1976.
35. С.И. Гальперин. Физиологические особенности. М., Просвещение, 1978.
36. Колосов А.С. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания. М., Педагогика, I978.
37. Антропова М.В. Изучение общей умственной работоспособности школьников в возрастном аспекте. Москва, Просвещение, 1975.
38. Аршавский И.А. Очерки по возрастной физиологии. М., Просвещение, 1967.
39. Бреслав И.О., Глебовский В.Д. Регуляция дыхания. Л., Наука, 1981.
40. Сафонов В.А., Ефимов В.Н. Нейрофизиология дыхания. М., Медицина, 1980.
41. Суркина И.Д. Изменения показателей внешнего дыхания у детей младшего, среднего и старшего школьного возраста. Проблемы возрастной физиологии. М., 1976.
42. Уфлянд Ю.И., Шалый С.С. Влияние возраста, пола, физиологического развития на внешнее дыхание. Труды Ленинградского института гигиены и труда. Л., I980.
43. Шалков Н.А. Функция аппарата внешнего дыхания. М., I960.
44. Никитов A.И. и др. Внеклассная работа по биологии М., Просвещение, I980.
45. Черницкая Л.M. Развитие познавательной активности учащихся при изучении анатомии, физиологии и гигиены человека. М., Высшая школа, I983.
46. Внеклассная работа по биологии и географии в школе под ред. Петришиной О.Л. М., 1970.
47. Биология в школе.
48. Нидерштрот Б.М. Методические рекомендации к практическим занятиям по возрастной физиологии и школьной гигиене для педагогических училищ. М., 1985.
49. Пастух Е.Я., Ставровский А.Е. Тематика внеклассной работы по биологии. М., 1955.
50. А.Г. Хрипкова, Д.В. Колесов. Гигиена и здоровье. М., Просвещение, 1964.
51. Д.В. Колесов, И.Ф. Мягков. Учителю о психологии и физиологии подростка. М., Просвещение, 1986.
52. Биологический эксперимент в школе. Книга для учителя. М., Просвещение, 1990.
53. Основы гигиены и санитарии. Д.В. Колесов, Р.Д. Шаги. М., Просвещение, 1989.
54. Элементы программированного обучения в курсе физиологии человека. Г.И. Косицкий, Ф.С. Орещук и др. Издательство “Медицина”, М., 1968.