Определение основного обмена и расхода кислорода при совершении механической работы

Задание для студентов по лабораторной работе №5

«Определение основного обмена и расхода кислорода при совершении  механической работы»

Цель работы: На основании оценка параметров функционирования сердечно-сосудистой системы (Vуд, МОК и Rпер) при различных состояниях – в покое и после выполнения физической работы, определить количество энергии затрачиваемое организмом на основной обмен, и оценить расход кислорода на выполнении механической работы. 

Вопросы теории (исходный уровень):

1.Первое начало термодинамики.

2.Второе начало термодинамики.

3.Энтропия.

4.Термодинамические потенциалы. Химический и электрохимический потенциалы.

5.Организм как открытая система.

6.Термометрия и калориметрия.

7.Гипотермия и гипертермия.

8.Физические принципы определения давления и скорости движения крови.

9.Работа и мощность сердца, их количественная оценка

Содержание занятия:

1. Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.
2. Оформить отчет.
3. Защитить работу с оценкой.
4. Решить задачи.

Задачи.

1. В кислородной подушке 9,93 г газа находится под некоторым давлением. Определите работу, которая совершается газом при измерении его объема от 2 до 6 л, если процесс происходит при постоянной температуре 200С.

2. 2 моль кислорода расширяются от начального давления 400 кПа против постоянного внешнего давления 100 кПа. Газ находится при температуре 22 0С. Найдите конечный объем кислорода.

3 Вычислите изменение энтропии в процессе превращения 1 моль воды в пар при температуре кипения.

4 Скорость полезной работы может быть получено при сжигании 1 моль глюкозы, если предположить, что тело человека работает как тепловая машина? (h = 30%).

5 Назовите основные различия между стационарным состоянием термодинамической системы и состоянием равновесия.

Лабораторная работа №5

Определение основного обмена и расхода кислорода при совершении  механической работы

Цель работы: На основании оценка параметров функционирования сердечно-сосудистой системы (V_уд, МОК и R_пер) при различных состояниях – в покое и после выполнения физической работы, определить количество энергии затрачиваемое организмом на основной обмен, и оценить расход кислорода на выполнении механической работы.

Для оценки функционирования сердечно-сосудистой системы важно выбрать метод дозирования физической работы. Дозирование физической работы широко используется в кардиологии. Методами, с помощью которых можно дозировать физическую работу, являются велоэргометрия, ручная эргометрия, использование рете-тредмила (бегущей дорожки).  Проще всего дозировать работу методом степ-теста. В этом случае человек поднимается по лестнице на заданное количество ступеней (n). Работа, которую он совершает, рассчитывается по формуле:

А_n=mg(n ^.h)  (1),

где m-масса человека, g-ускорение свободного падения, n-число ступеней, h-высота одной ступени. При дозировании физической работы велоэргометром, работу, которую совершает человек рассчитывается по формуле:  

                                                                       А=Nt  (2),

Где N- мощность развиваемая человеком при вращении педалей,

t- время в течении которого совершается работа на велоэргометре.

Для наших целей мы будем использовать велоэргометр. МОК мы будем рассчитывать по упрощенной формуле Старра с сотрудниками:

МОК=f(100+0,5P_c-0,6P_д-0,6B)  (3),                           

где f - частота  сердечных сокращений, P_c, P_д - артериальные давления: систолическое и диастолическое соответственно, В – полный возраст (в годах).

Ударный объем крови может быть вычислен из формулы:

    (4)

Периферическое сопротивление вычисляется по формуле Пуазейля

                       .                      (5)

где СрГД – среднее гемодинамическое давление в мм р. ст.,

которое рассчитывается по формуле:  СрГД= P_д+1/3 P_c,

1333 – коэффициент для перевода результата в дины,

60 – число секунд в минуте.

Основной обмен (Q_осн) можно определить по количеству кислорода потребляемым пациентом в состоянии покоя  ( Исследования обычно проводят лежа при  абсолютном мышечном покое , натощак, через 10-12 часов после приема пищи. В течение 2-3 дней , перед исследованием, пациент должен находится на специальной безбелковой диете)

 Q_осн=V_Ox 4,8x0,9x1440 (кал)   (6),

Где  V_O- объем потребляемого кислорода в минуту мл/мин

4,8 – количество калорий , которое образует 1мл кислорода при сгорании жира и углеводов;

0,9 – поправочный коэффициент с учетом температуры и внешнего давления;

1440 – количество минут в сутках.

Основной  обмен в % определяется по формуле путем сравнения основного обмена человека (Q_осн) с основным обменом взятым с таблицы (Бенедикта - Гарриса)с учетом пола,  возраста  и веса тела (Q_таб) или по приведенным формулам;

-для мужчин:     Q_таб= 5 Н + 14 Р + 66 - 6,8 В,

-для  женщин:    Q_таб=1,85 Н + 9,55 Р + 655 -4,7 В,  (7)

где Н –рост в сантиметрах, Р – вес в килограммах, В – возраст в годах.

Т.е. основной обмен в процентах представляет собой отношение реально существующего основного обмена  к  табличному.

 (8)

С другой стороны основной  обмен в % можно определить по формуле

Q_%=0,75x(f + (P_c- P_д)x0,74)-72  (9)

Из формул 8,7,9, определим основной обмен в относительном  покое

Q_осн = Q_таб Q_%      (10)      :

-для мужчин: Q_осн = (5 Н + 14 Р + 66 - 6,8 В)( 0,75x(f + (P_c- P_д)x0,74)-72 ) ,

-для  женщин:   Q_осн=(1,85Н+9,55Р+655-4,7В)( 0,75x(f + (P_c- P_д)x0,74)-72 ) .

Используя формулу  (6) найдем количество кислорода пошедшее на основной обмен

V_O= Q_осн /4,82x0,9x1440   (11)  

При выполнении  работы с  коэффициентом полезного действия ŋ=0.2 и потреблении за сутки в среднем 400г белков, 22г жиров и 80г углеводов, расход кислорода пошедшего на выполнение работы определим следующим образом:

      (12), где t-время измерено в минутах.

Оборудование: велоэргометр, тонометр, секундомер, весы, ростомер.

Ход работы:

1.  Включите велоэргометр.  Прогрейте прибор в течение 15 минут.

2.  У испытуемого измерьте артериальное давление крови и частоту пульса два раза с перерывом между измерениями две минуты в состоянии относительного покоя (в состоянии сидя без совершения каких-либо движений). Определить рост и вес испытуемого. Занесите данные в таблицу 1.

3.  Установите счетчик оборотов велоэргометра в положение *1. Установите переключатель нагрузки в положение 4, что соответствует развиваемой мощности N=50 Вт при вращении педалей со скоростью один оборот в секунду.

4.  Испытуемый должен в течение одной минуты вращать педали велоэргометра со скоростью один оборот в секунду, что соответствует показаниям прибора 60 делений по шкале. Сразу после прекращения работы измерьте у него Р_с, P_д, и  f. Занесите данные в таблицу.

5.  Повторите действия п. 4 после двух-трехминутного отдыха испытуемого.

6.  Проделайте действия пп. 4-5 при положениях переключателя нагрузки: 12 и 16, что соответствует развиваемой мощности N=100 Вт и 150 Вт соответственно.

7.  Рассчитайте по формулам МОК, V_уд  и R_пер, Q_осн, ΔV_o, V_o     результат занесите в таблицу 1.

8.  Постройте график зависимости величин МОК, V_уд и R_пер , Q_осн, ΔV_o от величины мощности N.

9.  Проанализируйте  зависимости МОК, V_уд и R_пер , Q_осн, ΔV_o от величины мощности N и сделайте вывод.  

Таблица 1

Мощ-ность Вт	№ оп	f, удармин	Pс, мм.рт.ст	Pд, мм.рт.ст	МОК, мл/ мин	V уд, мл	R пер, дин . см –5 с-1	Qосн кал	ΔVo мл/ мин	Vo мл/ мин
0 покой	1
	2
50 mghn/t	3
	4
100 mghn/t	5
	6
150 mghn/t	7
	8