«Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые».

Хевеши

Задачи

1. Исследовать литературу, затрагивающую вопросы истории изучения кровообращения, научных открытий в этой области.

2. Ознакомившись с основными понятиями и законами физики, выдвинуть гипотезу о возможности описания кровообращения с помощью выявленных понятий.

3. Доказать гипотезу, подтвердив конкретными примерами и фактами.

4. Составить презентацию по данной теме и выступить перед обучающимися 10-х классов.

Цель исследования:

Найти соответствие между физиологическими процессами, происходящими при кровообращении; также между основными понятиями и законами физики.

Методы исследования:

Анализ, синтез, сравнение, абстрагирование, обобщение.

Объект исследования:

Движение крови по сосудам.

Предмет исследования:

Учебная и научно-популярная литература по физике и биологии.

Исследованы физические возможности человека с точки зрения занятий спортом и бытовых нагрузок: оценены энергетические затраты при беге спортсмена и не спортсмена;показано, что энергетические затраты при беге у спортсменов больше, чем у не спортсменов.

Актуальность работы. Знать физические возможности человека очень важно для изучения индивидуальных подходов к занятиям спортом и расчёта бытовых нагрузок.

Задачи исследования: теоретическое изучениефизических возможностей человека исследова-ние энергетических затрат при беге.

Гипотеза: с помощью всех ли выявленных нами понятий физики можно описать кровообращение?

ВВЕДЕНИЕ

Физические возможности человека. Описаны представления о физических способностях и физических возможностях человека с точки зрения спортивной медицины.Терминология и определения в подходах к количественному описанию действующих сил при динамических и статических нагрузках во многомсильно расходятся с принятыми в физике

Понятия: -диффузия-теплопередача-электрический заряд-звуковые волны-периодические движения-упругость-скорость-давление- Закон Бернулли

Физическое понятие. Упругость – сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при деформации.

Физиологические процессы.

Стенки аорты состоят из мощной наружной соединительной ткани и мышечного слоя. При

сокращении желудочков аорта растягивается. А когда желудочек расслабляется, давление в аорте падает, её стенки благодаря упругим свойствам

немного спадаются. Упругость артерий обеспечивает ещё одно физиологическое явление – это артериальный

пульс

Физическое понятие. Скорость – это отношение перемещения к промежутку времени, за которое произошло это перемещение. V=S/t, v-скорость, S-величина перемещенияt- промежуток времени Для жидкостей, текущих по трубам, скорость зависит от площади их поперечного сечения. V=V/S, v-скорость, V-объём жидкостиS-площадь поперечного сечения

Физиологические процессы. Скорость движения крови зависит от ширины

кровеносного русла. В аорте скорость максимальна. Артерии, на которые она ветвится, имеют меньший диаметр, однако, общая площадь

поперечного сечения всех артерий возрастает, поэтому скорость уменьшается. Общая ширина

просветов капилляров больше, следовательно, скорость кровотока здесь ещё меньше. Вены имеют меньший просвет, чем капилляры, но

больший, чем артерии, поэтому скорость в них - средняя.

Физическое понятие. Давление – это отношение силы, действующей перпендикулярно к поверхности, к площади этой поверхности. P=F/S (Р- давление, F- сила, S- площадь поперечного сечения.

Физиологические процессы.

Сокращаясь, сердечная мышца оказывает сильное давление на находящуюся в желудочках кровь. Кровь

передаёт давление стенкам сосудов. Измеряя давление в плечевой артерии с помощью манометра, врач отмечает

верхнее (в момент сокращения ) и нижнее (в момент расслабления). Нормальное давление – 120-140/60-80 мм ртутного столба. По мере продвижения по кровяному

руслу давление падает, так как благодаря действию силы сопротивления, зависящей от трения, упругости сосудов,

вязкости крови, сила, действующая на кровь, уменьшается. Минимальное давление – венах.

Физическое понятие. Электрический заряд – это количественная мера способности тела к электромагнитным взаимодействиям. Он бывает двух видов – положительный и отрицательный.

Физиологические процессы. Мембраны красных кровяных клеток эритроцитов заряжены отрицательно, поэтому они, отталкиваясь друг от друга, не склеиваются. Сокращения сердца сопровождаются электрическими процессами, которые можно обнаружить как переменную разность потенциалов между симметричными точками поверхности тела и записать специальными приборами (электрокардиограмма).

Физическое понятие. Звуковые волны – это процессы сжатия и разрежения, распространяющиеся в воздухе

Физиологические процессы. Если к грудной клетке приложить ухо или фонендоскоп, то можно услышать ритмичные звуки – тоны сердца. Их три: первый тон возникает при сокращении желудочков и обусловлен колебаниями сухожильных нитей и закрытием створчатых клапанов; второй тон возникает в начале диастолы в результате закрытия полулунных клапанов артерий, а третий тон – очень слабый, его можно уловить только с помощью чувствительного микрофона. Он возникает вследствие наполнения кровью предсердий.

Физическое понятие. Периодическое движение – это повторяющееся движение, у которого каждый цикл почти в точности воспроизводит любой другой цикл.

Физиологические процессы. Сердце человека сокращается ритмически с частотой 65-75 раз в 1 минуту. После каждого сокращения наступает пауза . Сердечный цикл состоит из трёх фаз: сокращение предсердий (0,1с), сокращение желудочков (0,3с) и расслабление сердца с паузой (0,4с).

Физиологические процессы.

В кровяном русле при переходе крови из артерий в капилляры скорость её тока уменьшается, так как увеличивается общая площадь поперечного

сечения сосудов. А давление падает из-за уменьшения силы, действующей на кровь. Этот

факт говорит о том, что закон Бернулли не выполняется при движении крови по сосудам,

так как кровь – вязкая жидкость, и силой трения пренебречь нельзя.

ОЦКл - Объем циркулирующей плазмы.

Биологические понятия.

ОЦЭр - Объем циркулирующихся эритроцитов.

Гематокри́т- (гематокритная величина, гематокритное число) — часть объёма крови, приходящаяся на эритроциты.

Пульс. Пульс Квинке.

Показатели Спортсмен Не спортсмен

ОЦК 6.4 5.5

ОЦК(мл/кг веса тела)

95.4 76.3

ОЦКл 3.6 3.1

ОЦКл(мл/кг веса тела)

55.2 43

ОЦЭр 2.8 2.4

ОЦЭр(мл/кг веса тела)

40.4 33.6

Гематокрит 42.8 44.6

Как следует из данных, приведенных в таблице, прирост ОЦК у спортсменов в большей степени обусловлен увеличением объема плазмы, чем объемом эритроцитов. Соответственно показатель гематокрита (вязкости крови) у них имеет тенденцию быть ниже, чем у не спортсменов.

Увеличение объема плазмы у спортсменов, тренирующих выносливость, связано с повышением общего содержания белков в циркулирующей крови. Это повышение отражает стимулируемый тренировкой выносливости усиленный синтез белков в печени (главным образом, альбуминов и глобулинов).

Увеличение концентрации белков в плазме крови повышает ее коллоидно-осмотическое давление, что автоматически ведет к абсорбции дополнительного количества жидкости из- внесосудистых (межклеточных, тканевых) пространств в кровь. В результате объем циркулирующей плазмы увеличивается, а концентрация белка в плазме крови поддерживается на нормальном уровне – около 7 г %. Более того, у спортсменов концентрация белков в плазме крови может быть даже несколько меньше и соответственно коллоидно-осмотическое давление плазмы крови ниже, чем у нетренированных людей

Показатели Спортсмен (n=40) Не спортсмены (n=49)

Внутрисосудистое (общее) содержание белка (г/кг веса тела)

3.75 3.09

ОЦКл (мл/кг веса тела) 54.6 42.7

Концентрация белка в плазме крови (г %)

6.8 7.1

Коллоидно-осмотическое давление (мм рт. ст)

30 38

Увеличение ОЦК имеет очень большое значение для повышения кислородтранспортных возможностей спортсменов, тренирующих выносливость. Прежде всего, благодаря увеличению ОЦК растет центральный объем крови и венозный возврат к сердцу, что обеспечивает большой систолический объем крови..

Увеличенный ОЦК позволяет направлять большое количество крови в кожную сеть и таким образом увеличивает возможности организма для теплоотдачи во время длительной работы. «Излишек» плазмы дает также резерв для ее дополнительной потери во время работы (гемоконцентрации) без значительного повышения гематокрита крови. Это облегчает работу сердца при «прокачивании» больших количеств крови с высокой скоростью во время нагрузки большой аэробной мощности. Кроме того, увеличенный объем плазмы обеспечивает большее разведение продуктов тканевого обмена,. поступающих в кровь во время работы (например, молочной кислоты), и тем самым снижает их концентрацию в крови.

Наше сердце перекачивает кровь благодаря сокращению сердечной мышцы. сперва кровь скапливается в сердце, потом клапан открывается и порция крови поступает в аорту, а клапан закрывается, что бы в сердце набралась следующая порция крови. Вот этот ритмический рисунок тока крови по нашим сосудам мы и называем пульсом. И можем почувствовать его, приложив пальцы к определенным местам на нашем теле, где проходят крупные кровеносные сосуды (запястье, шея).

На электронном аппарате, это выглядит так…

Пульс Квинке - капиллярный пульс - синхронное с артериальным пульсом изменение интенсивности окраски ногтевого ложа, придавленной стеклом нижней губы и гиперемированной кожи лба.

На частоту пульса влияет также рост (обратная зависимость - чем выше рост, тем меньше как правило количество сердечных сокращений в минуту), возраст (пульс новорожденного ребенка в состоянии покоя равен 120-140 ударам в минуту, и только к 15 годам достигает нормы), пол (у мужчин в среднем пульс несколько ниже, чем у женщин), натренированность организма (при подверженности организма постоянным активным физическим нагрузкам пульс в состоянии покоя уменьшается).

У профессиональных спортсменов пульс до нагрузки - 70-90 ударов в минуту. После - 90-100.

Тренированность также влияет на пульс.

У нетренированных пульс после поднятия 7 кг гантелей 100 – 120 ударов в минуту. После непродолжительного бега 120 - 150 ударов в минуту. А после сильного физического напряжения, такие, как длительный бег, сильная нагрузка на мышцы и.т.д. Пульс может достигать 150 - 205 ударов в минуту

Цель, которую мы перед собой поставили, достигнута. Мы выяснили, используя какие физические понятия можно охарактеризовать кровообращение.

Сопоставление физики и физиологии не только расширяет знания о кровообращении, но делает их более точными, аргументированными, практически значимыми.

Гипотеза, выдвинутая нами, подтвердилась не полностью. В силу ряда объяснимых причин закон Бернулли не выполняется в кровяном русле.

Продолжить подобные исследования можно и по другим аспектам физиологии.

Григорьев В. И., Мякишев Г.Я. Силы в природе. – М.: «Наука», 1983, -100 с. Зверев И.Д. Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека. –

М.: «Просвещение», 1983, - 140 с. Кабардин О.Ф. Факультативный курс физики. – М.: «Просвещение»,1985, - 40

с. Кабардин О.Ф. Физика справочные материалы. – М.: «Просвещение», 1991, - 4,

6, 28, 29, 35, 75, 96, 220 с. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология. Человек, 8 кл. – М.: ДРОФА,

2001, - 110, 115, 140, 174 с. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, - М.: Наука, 1971, -15 с. Липченко В. Я. Атлас нормальной анатомии человека. – М.: Медицина, 1989, -

209 с. Чижевский А. Л. Структурный анализ движущейся крови. – М.: Наука, 1959,

-21 с. Чолаков А. П. Учёные и их открытия. – М : «Просвещение», 1985, - 25, 48 с. Шишина Ю.Г. Рассказы о крови, - М.: «Просвещение», 1967, - 25 с.15. 

Спасибо за внимание !