Физические законы в человеческом организме

Межпредметный элективный курс (физика+ биология)

(разработан для углубленного изучения в 10 классах )

Физические законы в человеческом организме

Учитель физики МОУ гимназии №11 г. Волгограда Волгоградской области

1 квалификационная категория

Пояснительная записка

Концепция профильного обучения одной из целей ставит создание условия для дифференциации содержания обучения с возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ.

Физика является лидером современного естествознания и фундаментом научно-технического прогресса, а оснований для этого достаточно. Физика в большей мере, чем любая из естественных наук, расширила границы человеческого познания. Физика глубже других наук проникла в строение вещества, в микромир - расстояние до 10^-25 м, что равно диаметру нуклона, и одновременно дальше других наук проникла в мегамир - до расстояний 2*10²⁵ м, равных наибольшей удаленности от Земли видимых в телескоп галактик. Физика дала в руки человека наиболее мощные источники энергии, чем резко увеличила власть человека над природой. Физика является сейчас теоретическим фундаментом большинства основных направлений технического прогресса и областей практического использования технических знаний.

В наши дни на решение важных проблем биологии и медицины направлены объединенные усилия химической и биологической физики. Особое место среди биологических процессов занимают заболевания, влияние вредных воздействий физических и химических факторов окружающей среды, старение живых организмов.

Биофизика – это наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в биосистемах на разных уровнях организации и являются основой физиологических актов. Возникновение биофизики произошло, как прогресс в физике, вклад внесли математика, химия и биология.

Физика, ее явления и законы действуют в мире живой и неживой природы, что имеет весьма важное значение для жизни и деятельности человеческого организма и создания естественных оптимальных условий существования человека на Земле. Человек - элемент физического мира природы. На него, как и на все объекты природы, распространяются законы физики, например, законы Ньютона, закон сохранения и превращения энергии и другие.

Учитывая такую огромную роль физики в нашей жизни, я считаю данный курс «ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ В ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ ОРГАНИЗМЕ» очень актуальным среди перечня курсов по выбору.

В школе физика должна рассматриваться как один из предметов, выполняющих не только познавательную, но также развивающую и воспитательную функции. Этот предмет необходим всем - естественникам и гуманитариям, так как содержит мощный гуманитарный потенциал, имеющий непосредственное отношение к развитию мышления, формированию мировоззрения, раскрытию целостной картины мира через основные законы и принципы природы, воспитанию эстетического чувства, развитию духовности.

Сама жизнь способствовала интеграционной деятельности специалистов всех служб школы - педагогов, учителей, психологов, медиков для достижения генеральной цели обучения - через возрожденную духовность к наукам, развитию творческого потенциала личности, к здоровью, саморазвитию, профессиональному самоопределению.

Данная программа ориентирована на формирование здоровьеохранного пространства ученика.

Здоровье - это естественное состояние организма, которое является выражением его совершенной саморегуляции гармонического взаимодействия всех его органов и систем, динамического уравновешивания с окружающей средой и проявляется в состоянии комфортного самочувствия.

Комфортное состояние человека, достигается прежде всего, путем нейтрализации неблагоприятных воздействий природно-климатических условий на его организм, т.е. учета особенностей проявления физических законов, а именно:

- механизму терморегуляции и теплоотдачи человеческого тела;

- колебаниям напряженности магнитного поля;

- изменению атмосферного давления;

- сокращению продолжительности светового дня;

- вопросам зрения и слуха;

- дефициту светового и ультрафиолетового излучения и т.д.

Данная программа “ Физические законы в человеческом организме ” реализуется за счет школьного компонента и может выполнить несколько функций: дополнить содержание профильного курса, развивать содержание одного из базовых курсов, удовлетворять разнообразные познавательные интересы учащихся, выходящих за рамки профиля.

Программа рассчитана на 10 класс профильной школы, но может быть реализована и для основной школы с целью предпрофильной подготовки - оказание помощи учащимся в выборе профиля обучения в старших классах, а также к углубленному восприятию материала. В профильной школе курсы могут выполнять двоякую функцию:

• быть компенсирующим курсом для классов гуманитарного и социально-экономических профилей;

• быть обобщающим курсом для классов естественнонаучного профиля.

Цель курса: знакомство учащихся с важнейшими путями и методами применения физических знаний на практике, формирование целостной естественнонаучной картины мира учащихся на дополнительных занятиях на основе принципов здоровьесберегающей педагогики.

Следует отметить, что цели программы совпадают с целями человеческой деятельности и прежде всего сохранения своего физического и духовного здоровья.

Задачи курса:

• развитие мышления учащихся, формирование у них умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления в организме человека;

• овладение учащимися знаниями о современной научной картине мира, о широких возможностях применения физических законов;

• формирование познавательного интереса к физике, развитие творческих способностей, осознанных мотивов учения;

• подготовка к продолжению образования и сознательному выбору профессии на основе принципов здоровьесберегающей педагогики;

• формирование здорового образа жизни, основанного на знаниях физических процессов, происходящих в организме человека;

• формирование гуманистического отношения к окружающему миру, воспитание духовности и нравственных основ личности.

Реализация данной программы позволит решить практические задачи связи физики с жизнью, проявить интерес к изучению естественнонаучных предметов.

Программа элективных курсов ориентирует на усвоение материала на уровне, необходимом и достаточном для развития интереса учащихся к предмету, их творческих способностей.

В содержание курсов внесены вопросы интегративного характера, раскрывающий мировоззренческий характер, биологический и практический аспекты изучаемого раздела физики на принципе природосообразности и здоровьесбережения.

Здесь наиболее эффективным является использование нетрадиционных форм проведения учебных занятий (конференций, дидактических и ролевых игр, спектаклей и т.п.). При подготовке к этим занятиям представляется возможность учесть самые разнообразные интересы учащихся, что позволяет не только повысить заинтересованность в изучении физики, но и развивать познавательный интерес как личностное качество.

Сроки реализации программы: продолжительность обучения курса рассчитана на одно полугодие (17 часов)

Учебно-тематический план курса

Раздел	Название главы, темы	Тип урока	Кол-во часов
1	Теплообмен человека с окружающей средой Виды теплопередачи, теплоотдача Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека Теплообмен человека с окружающей средой	Комбинированный Комбинированный Урок-игра	1 1 1
2	Примеры теплопередачи в организме человека Строение и функции кожи Роль кожи в терморегуляции Первая помощь при перегревании, ожогах, обморожении Гигиена кожи, закаливание Взаимосвязь систем органов в процессе жизнедеятельности организма	Лекция Лекция Практическое занятие Семинар Проверочная работа	1 1 1 1 1
3	Кровообращение История открытия кровообращения Кровяное давление и его роль в движении крови по сосудам Сердце – насос Силы, действующие на кровь при её движении, – сила давления и сила сопротивления (трения) Физическое выражение зависимости скорости течения от площади поперечного сечения сосуда. Закон Бернулли применительно к кровообращению. Несоответствие между скоростью течения крови и её давлением	Семинар Лекция Семинар Лекция Комбинированный Семинар	1 1 1 1 1 1
4	Скорость кровотока Скорость кровотока. Изменение скорости кровотока в зависимости от размеров сечения сосудов Сравнение скорости течения крови на различных участках кровяного русла. Измерение артериального давления	Лекция Лекция Лабораторная работа	1 1 1

Содержание курса

Раздел 1. Теплообмен человека с окружающей средой

Классификация организмов по способности поддерживать температуру тела (пойкилотермные, гомойотермные, гетеротермные). Понятие терминов: гипертермия, гипотермия. Показатели микроклимата : температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, атмосферное давление, тепловое излучение. Комфортные условия, уравнение теплового баланса. Способы теплообмена человека с окружающей средой (конвекцией, теплопроводностью, излучением и испарением).

Раздел 2. Примеры теплопередачи в организме человека

Рассматривается подробное строение кожи, как многофункционального органа, особая роль отводится терморегуляторной функции. Даются азы оказания первой помощи при перегревании, ожогах, обморожении. Значение закаливания и гигиены кожи (водные процедуры, воздушные, солнечные ванны, обтирание), а также рассматривается взаимосвязь систем органов в процессе жизнедеятельности организма. Жизненно важный орган сердце рассматривается как насос, который постоянно приводит в движение кровь.

Раздел 3. Кровообращение

Исторические сведения, относящиеся к изучению кровообращения с древних времен до реального времени. Учащиеся делают доклады о ученых в этой области и научных фактах. Вводится понятие кровяного давления, и его основные факторы: частоты и силы сердечных сокращений; величины периферического сопротивления, т. е. тонуса стенок сосудов; объема циркулирующей крови его роль в движении крови по сосудам. Строение сердца, работа сердечного цикла, роль сердца как насоса. Силы, действующие на кровь при её движении. Закон Бернулли применительно к кровообращению.

Раздел4. Скорость кровотока

Распределение скорости в капиллярах и венах, решение задач на определение скорости кровотока в зависимости от размеров сечения сосудов. Лабораторная работа по измерению артериального давления.

Конспект урока

Тема: Виды теплопередачи, теплоотдача

Цель: глубокое и прочное усвоение материала по теме, реализация внутрипредметных и межпредметных связей для целостного восприятия единой научной картины мира.

Тип урока: комбинированный

Ход урока

1. Изучение нового материала.

По способности поддерживать постоянную температуру тела животные делятся на пойкилотермных, гомойотермных и гетеротермных.

Пойкилотермные организмы (от греч. poikilos -- изменчивый) не способны поддерживать температуру тела на постоянном уровне, так как они вырабатывают мало тепла и имеют несовершенные механизмы его сохранения.

Гомойотермные организмы (от греч. homeo -- подобный, одинаковый), к которым относится и человек, вырабатывают много тепла, отличаются относительным постоянством температуры тела, незначительно изменяющейся в течение суток.

Гетеротермные организмы (от греч. heteros -- другой) отличаются тем, что колебания температуры их тела превышают границы, свойственные гомойотермным животным. Это характерно для ранних этапов онтогенеза, зимней спячки некоторых гомойотермных животных, а также для млекопитающих и птиц с очень малыми размерами тела.

Температурный фактор определяет скорость протекания ферментативных процессов, всасывания, проведения возбуждения и мышечного сокращения.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется: конвекцией в результате «омывания» тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании.

 Итак, наружный поток тепла обеспечивается путем его проведения, конвекции, излучения и испарения.

1. Если кожа теплее окружающего воздуха, происходит естественная конвекция, т.е. перемещение нагреваемого кожей слоя воздуха вверх и его замещение более холодным воздухом. Форсированная конвекция, имеющая место при движениях тела или воздуха, значительно повышает интенсивность теплоотдачи.

2. При погружении человека в воду, температура которой ниже нейтральной (для большинства людей эта температура воды равна 31--36 °С), может в 2--4 раза повыситься наружный поток тепла за счет проведения, так как теплопроводность воды в 25 раз превышает теплопроводность воздуха. Основным механизмом отдачи тепла телом человека в воде является, однако, конвекция. За счет нее охлаждающее действие проточной воды в 50--100 раз превышает воздействие воздуха. Если температура воды близка к нулю («ледяная вода»), то тело человека охлаждается со скоростью 6 °С в час, а через 1— 3 ч может наступить смерть.

3. Теплоотдача излучением обеспечивается инфракрасными лучами с длиной волны 5 — 20 мкм. Эти лучи испускаются кожей при наличии на некотором расстоянии от нее предметов с более низкой температурой. Обнаженный человек может терять таким путем до 60 % тепла.

4. Около 20 % теплоотдачи тела человека в условиях комфортной температуры среды осуществляется за счет испарения. Этот путь является единственным способом отдачи тепла в окружающую среду, если ее температура оказывается равной температуре тела. Путем испарения 1 л воды человек может отдать треть всего тепла, вырабатываемого в условиях покоя в течение суток. Повышение скорости потоотделения является одним из основных механизмов адаптации к жаркому климату.

Существует два варианта испарения воды с поверхности тела: 1) испарение пота в результате его выделения, 2) испарение воды, оказавшейся на поверхности путем диффузии, — «неощутимые» потери воды. Последний механизм обеспечивает потери воды (до 600 мл в сутки) и тепла, например, через слизистые оболочки воздухоносных путей. Значительный вклад в обеспечение адаптивных механизмов изменения теплоотдачи вносит поведенческий компонент функциональной системы терморегуляции. В условиях холода поведенческая регуляция может быть весьма эффективной, существенно ограничивая контакт организма с внешней средой. Одежда человека примерно вдвое уменьшает потери тепла по сравнению с теплоотдачей обнаженного тела, одежда «арктического типа» может уменьшать отдачу тепла в 5--6 раз.

Под химической терморегуляцией понимают изменения интенсивности метаболических экзотермических реакций, в ходе которых образуется тепло. При действии на организм человека холода образование тепла может повыситься в 3--5 раз.

При повышении температуры внутренней среды организма разыгрываются процессы противоположного плана -- активируются гипоталамические тепловые терморецепторы, тепловые рецепторы сосудов, внутренних органов. При этом активируются центральные и периферические механизмы физической терморегуляции. Процесс «сброса» тепла усиливается, продукция тепла в организме тормозится.

Аналогичные механизмы терморегуляции запускаются при температурных воздействиях на кожные терморецепторы, реагирующие на изменение температуры внешней среды организма. При действии на терморецепторы кожи пониженной температуры за счет афферентной импульсации происходит возбуждение центра, контролирующего производство тепла, -- центра химической терморегуляции. Это приводит к активации периферических механизмов производства тепла в организме, механизмы «сброса» тепла тормозятся. При повышении температуры окружающей среды происходит возбуждение тепловых рецепторов, работа аппаратов «сброса» тепла усиливается, продукция тепла в организме тормозится. Наличие кожных терморецепторов позволяет функциональной системе более тонко организовать процесс стабилизации регулируемой константы на оптимальном уровне.

Количество тепла, отдаваемого организмом каждым из этих путей, зависит от параметров микроклимата на рабочем месте. 

Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты внутри организма  играет конвективная передача с потоком крови.

 Теплопроводность сухого воздуха  мала, поэтому теплоотдача через соприкосновение человека с воздухом также мала. Более интенсивно идет обмен теплом при соприкосновении человека с не нагретыми поверхностями, но, как правило, поверхность соприкосновения в этом случае незначительна.

 

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Излучение тепла происходит в окружающую среду, если в ней температура ниже температуры поверхности одежды (27-30 ^оС) и открытых частей тела (33,5 ^оС). При высоких температурах (30 - 35 ^оС) окружающей среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей поверхности к человеку.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит как от температуры воздуха и интенсивности работы, так и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.

 

Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха.

 Гипертермия -- повышение температуры ядра тела выше 37 °С. Она возникает в результате продолжительного действия высокой температуры внешней среды, относительно недостаточной теплоотдачи организма и избыточной теплопродукции.

Несмотря на то что в течение коротких периодов времени человек может выдерживать температуру тела на уровне 43 °С, предельной для его выживания в течение более длительного периода времени является температура 42 °С. Однако уже при температуре 40--41 °С развиваются тяжелые поражения мозга -- отек ткани мозга, гибель нейронов.

Гипотермия -- снижение температуры ядра тела до 35 °С и более. Она может быть результатом продолжительного пребывания организма в среде с низкой температурой. На начальной стадии охлаждения организма процессы терморегуляции значительно активизируются, однако если оно продолжается, температура тела начинает снижаться; при достижении ею 31 °С происходит потеря сознания, а при температуре 24 — 28 °С обычно наступает смерть.

Закрепление изученного материала

Решение качественных задач

• Тепло способно переходить только от тела более нагретого к телу менее нагретому. Температура нашего тела выше температуры воздуха в натопленной комнате. Почему же нам в такой комнате тепло?

(Ответ. Температура открытых частей человеческого тела – от 20 °С (ступни ног) до 35 °С (лицо). Комнатный же воздух имеет температуру около 20 °С. Непосредственного перехода тепла из воздуха к нашему телу происходить не может. Но окружающий воздух – плохой проводник тепла, он не даёт теплу уходить из тела. Прилегающий слой воздуха, нагретый телом, поднимается вверх, его заменяет менее нагретый воздух, который, в свою очередь, нагревается и уступает место новой порции воздуха. Чем теплее окружающий воздух, тем меньше тепла он отнимает у организма. Этим и объясняется ощущение тепла в натопленной комнате.)

• Для чего нужны двойные оконные рамы? Станет ли в помещении теплее зимой, если промежуток между рамами значительно увеличить?

(Ответ. Двойные рамы позволяют уменьшить теплообмен между помещением и наружным воздухом. В качестве теплоизолирующего материала используется слой воздуха между рамами. Теплопроводность воздуха мала, поэтому поток тепла через слой неподвижного воздуха тоже мал. Если же в этом слое возникнут конвекционные потоки, потери тепла намного возрастут: воздух между рамами будет подниматься вблизи внутреннего стекла и «стекать» вниз вдоль наружного стекла, охлаждаясь. Пока промежуток между рамами невелик, трение встречных потоков воздуха мешает возникновению конвекционных потоков. Если промежуток значительно увеличить, конвекционные потоки могут привести к заметному увеличению тепловых потерь.

• Если сделать из бумаги коробочку, аккуратно налить в неё воду и поднести к горелке, то через некоторое время вода закипит. Почему не загорится коробочка?

(Ответ. Бумага быстро отдаёт полученное тепло воде и не успевает нагреться.)

– На больших высотах (800–1000 км) скорости движения молекул газов, входящих в состав атмосферного воздуха, достигают значений, соответствующих температуре около 2000 °С. Почему же в таком случае не плавится оболочка космических аппаратов?

(Ответ. Плотность атмосферы на больших высотах очень мала, поэтому ничтожно количество теплоты, передаваемое оболочке аппарата сталкивающимися с ней молекулами.)

• Для чего используют пористые материалы (пенопласт, поролон, вату из стекловолокна, керамзит и др.) в строительстве?

(Ответ. В порах этих материалов содержатся газы, которые обладают низкой теплоёмкостью. Поэтому пористые материалы применяют для теплоизоляции.

– Почему в пустынях температура днём поднимается очень высоко, а ночью опускается ниже нуля?

(Ответ. Удельная теплоёмкость песка мала, и отдаваемое им количество теплоты (энергии) недостаточно для выравнивания суточных колебаний температуры воздуха)

• Почему быстрые реки не замерзают на морозе в несколько градусов?

(Ответ. При быстром течении массы воды во всех частях реки перемешиваются. Охлаждённые до нуля поверхностные слои тотчас перемешиваются с нижележащими, ещё не охлаждёнными, и температура поверхностного слоя становится выше нуля. Замерзать река начнёт лишь тогда, когда вся вода реки до самого дна охладится до нуля, а на это требуется время – тем большее, чем глубже река.)

• При испарении, как известно, температура жидкости понижается. Почему в таком случае температура воды, бензина, спирта и т.д. в обычных условиях почти такая же, что и температура окружающего воздуха, хотя их поверхность открыта?

(Ответ. Происходит теплообмен с окружающей средой)

Конспект урока

Тема: Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека

Цель: раскрыть понятие микроклимата и его составляющих, ввести понятие теплового баланса, синтезировать знания физики и биологии.

Тип урока: комбинированный

Ход урока

Актуализация знаний

Решение Кроссворда наоборот

Сейчас нам предстоит решать необычные кроссворды – все его клетки уже заполнены ответами. Вам же надо из предложенных к каждому ответу вопросов выбрать один верный и отметить его в своей карточке.

1. Конвекция – это:

– вид теплопередачи, сопровождающийся переносом вещества;

– вид теплопередачи в вакууме;

– вид теплопередачи в твёрдых телах;

– процесс перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое.

2. Теплообмен – это:

– вынужденный, обратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел к менее нагретым;

– один из видов теплопередачи;

– самопроизвольный, необратимый процесс переноса тепла от более нагретых тел к менее нагретым;

– процесс перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое.

3. Теплопроводность – это:

– вид теплопередачи, сопровождающийся переносом вещества;

– перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым участкам;

– перенос энергии от менее нагретых участков тела к более нагретым участкам;

– вид теплопередачи, осуществляемый в жидкостях и газах.

4. Теплота – это:

– количество энергии, отдаваемое или получаемое телом в процессе теплообмена;

– температурная характеристика тела;

– одно из агрегатных состояний тела;

– один из видов существования материи.

5. Излучение – это:

– вид теплопередачи, осуществляемый только в твёрдых телах;

– перенос энергии от менее нагретых участков тела к более нагретым участкам;

– процесс перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое;

– вид теплопередачи.

Изучение нового материала.

Микроклимат представляет собой комплекс физических факторов, обусловливающих теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние и влияющих на самочувствие, здоровье, работоспособность. Тепловое состояние человека по степени напряжения реакций терморегуляции, влияния на показатели работоспособности и здоровье подразделяется на оптимальное, допустимое, предельно допустимое. Показателями микроклимата являются:

• температура

• относительная влажность

• скорость движения воздуха

• атмосферное давление

Микроклимат по степени его влияния на тепловой баланс человека подразделяется на нейтральный, нагревающий, охлаждающий.

Нейтральный микроклимат - такое сочетание его составляющих, которое при воздействии на человека в течение рабочей смены беспечивает тепловой баланс организма, разность между величиной теплопродукции и суммарной теплоотдачей находится в пределах +/- 2 Вт, доля теплоотдачи испарением влаги не превышает 30%.
Охлаждающий микроклимат - сочетание параметров, при котором имеет место превышение суммарной теплоотдачи в окружающую среду над величиной теплопродукции организма, приводящее к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле человека (> 2 Вт).
Нагревающий микроклимат - сочетание его параметров, при котором имеет место изменение теплообмена человека с окружающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организме (> 2 Вт) и/или в увеличении доли потерь тепла испарением влаги (> 30%).

Параметры микроклимата.Чтобы понять влияние того или иного показателя микроклимата на теплообмен, нужно знать основные пути отдачи тепла организмом. При нормальных условиях организм человека теряет примерно 85 % тепла через кожу и 15 % тепла расходуется на нагревание пищи, вдыхаемого воздуха и испарения воды из легких. 85 % тепла, отдаваемого через кожу, распределяется следующим образом: 45 % приходится на излучение, 30 % на проведение и 10 % на испарение. Эти соотношения могут изменяться в зависимости от условий микроклимата.

Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела (внутренних органов) порядка 36,6 градусов по Цельсию. Она зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха, температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2 градусов по Цельсию. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 градусов по Цельсию, минимальная +25 градусов по Цельсию. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и при нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30…34 градусов по Цельсию. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20 градусов по Цельсию, а иногда и ниже.

При комфортном микроклимате физиологические процессы терморегуляции не напряжены, теплоощущение хорошее, функциональное состояние нервной системы оптимальное, физическая и умственная работоспособность высокая, организм устойчив к воздействию негативных факторов среды.

Дискомфортный микроклимат вызывает напряжение процессов терморегуляции, имеет место плохое теплоощущение, ухудшается условно-рефлекторная деятельность и функция анализаторов, понижается работоспособность и качество труда, снижается устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов.

При дискомфортном микроклимате наблюдается напряжение процессов терморегуляции. При изменениях микроклимата, выходящих за границы приспособительных физиологических колебаний, дискомфорт проявляется в виде изменения самочувствия. Появляется апатия, шум в ушах, мерцание перед глазами, тошнота, помрачение сознания, повышение температуры тела, судороги и другие симптомы.

Рекомендуемые нормами параметры микроклимата должны обеспечить в процессе терморегуляции такое соотношение физиологических и физико-химических процессов, при котором поддерживалось бы устойчивое тепловое состояние в течение длительного времени, без снижения работоспособности человека.

Влияние охлаждающего микроклимата определяется тем, что в ходе эволюционного развития человек не выработал устойчивого приспособления к холоду. Его биологические возможности в сохранении температурного гомеостаза весьма ограничены. Охлаждающий микроклимат способствует возникновению сердечно-сосудистой патологии, приводит к обострению язвенной болезни, радикулита, обуславливает возникновение заболеваний органов дыхания. Охлаждение человека как общее, так и локальное (особенно кистей) способствует изменению его двигательной реакции, нарушает координацию и способность выполнения точных операций, вызывает тормозные процессы в коре головного мозга, что может быть причиной возникновения различных форм травматизма. При локальном охлаждении кистей снижается точность выполнения рабочих операций. Работоспособность уменьшается на 1,5% на каждый градус снижения температуры пальцев. При выраженном охлаждении организма растет число тромбоцитов и эритроцитов в крови, увеличивается содержание холестерина, вязкость крови, что повышает возможность тромбообразования. Даже при кратковременном влиянии холода в организме происходит перестройка регуляторных и гомеостатических систем,
изменяется иммунный статус организма.
Влияние хронического охлаждения усугубляется воздействием локальной вибрации, поскольку она вызывает сужение сосудов в соседних к месту ее приложения областях. Переносимость человеком охлаждения несколько увеличивается при адаптации к холодовому фактору, но для обеспечения температурного гомеостаза существенного значения не имеет.

Влияние нагревающего микроклимата связано с напряжением различных функциональных систем организма человека, что приводит к нарушению состояния здоровья, работоспособности и производительности труда. При определенном значении составляющих нагревающий микроклимат может привести к заболеванию общего характера, которое проявляется чаще всего в виде теплового коллапса. Особенно подвержены тепловым ударам лица, имеющие массу тела выше нормы. Среди рабочих, труд которых связан со значительной тепловой и физической нагрузкой, наблюдается интенсивное биологическое старение, особенно в возрастных группах 20 - 30 и 40 - 50 лет. Наблюдаются головные боли, повышенная потливость и утомляемость, увеличивается риск смерти от сердечно-сосудистой патологии (гипертоническая и ишемическая болезни, болезни артерий и капилляров).

 Комфортные условия для организма человека обеспечиваются при соблюдении теплового баланса.

Зона температурного комфорта человека зависит от характера внешней среды, определяемого ее видом, температурой, влажностью (если этой средой является воздух), скоростью движения, наличием предметов с иной температурой по сравнению с температурой тела. В определенных условиях развивается состояние температурного комфорта, при этом активность механизмов терморегуляции оказывается минимальной. Зона комфорта (термонейтральная зона) при влажности воздуха около 50 % и равенстве температур воздуха и стен помещения для легко одетого человека, находящегося в положении сидя, соответствует температуре 25--26 °С. Для обнаженного человека температура комфорта в этих условиях смещается к 28 °С.

Температура поверхностного слоя тела толщиной 2,5 см, называемого «оболочкой» тела, варьирует в разных областях тела при разной температуре окружающей среды. При комфортной окружающей температуре средняя температура кожи обнаженного человека составляет 33-34 °С. При этом температура кожи стопы значительно ниже температуры проксимальных участков нижних конечностей и в еще большей степени - туловища и головы. Температура кожи в области стопы в комфортных условиях может быть равна 24-28 °С, а при изменениях внешней температуры - 13-53 °С, что определяется двумя факторами - температурой внешней среды и кровоснабжением кожи стопы.

Температура тела определяется соотношением двух процессов - теплопродукции и теплоотдачи. Когда они не соответствуют друг другу и возникает угроза изменений температуры тела, процессы регуляции в составе функциональной системы терморегуляции адаптивно меняют теплопродукцию (химическая терморегуляция) и теплоотдачу (физическая терморегуляция). Тем самым обеспечивается относительная стабильность температурной константы внутренней среды организма, что было названо К.Бернаром основой «свободной, независимой жизни». В самом деле, температура тела обнаженного человека может оставаться стабильной в течение нескольких минут при изменениях температуры окружающей среды в пределах 21-53 °С.

Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени может быть представлено в следующем виде:

 

M +S ± R ± C ± P - E = 0,

где  M - тепло процессов метаболизма, полученное из химических субстратов пищи, подвергшихся расщеплению в клетках; S - накопленное организмом тепло; R, C, P - тепло отданное (со знаком -) или полученное (со знаком +) путем излучения, конвекции, теплопередачи; E - тепло, отданное за счет испарения.

Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то дополнительное тепло, полученное различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для функционирования клеток организма, которые при превышении определенных температурных границ внутри тела начинают погибать.

Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает.

Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени физического напряжения и составляет от 75 ккал/ч в состоянии покоя до 430 ккал/ч при тяжелой работе. Для комфортных условий работы необходимо, чтобы тепловыделение организма равнялось его теплоотдаче, при этом температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6 ^оС).  

Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки

Подведение итогов: домашнее задание: конспект лекции и литература по данной теме.

Конспект урока

Тема: Теплообмен человека с окружающей средой

Цель: обобщить и закрепить знания о взаимосвязи строения и функции внутренних систем человеческого организма с окружающей средой; развивать познавательные интересы учащихся на основе использования межпредметных связей биологии и физики.

Тип урока: деловая игра

Учащимся необходимо знать:

•о понятиях теплопередача (теплопроводность, конвекция, излучение), количество теплоты, парообразование (испарение);

•о взаимосвязи строения и функции кожи, ее роли в процессе теплорегуляции.

Учащимся необходимо уметь применять основные положения молекулярно-кинетической теории для решения качественных задач с использованием знаний о способах изменения внутренней энергии при различных вариантах теплопередачи.

Оборудование: карточки с заданиями, карточки с номерами заданий, секундомер.

Предварительно класс делится на две команды; выбирается компетентное жюри.

ХОД ИГРЫ

Учитель: Будучи частью природы, живого мира, человек постоянно взаимодействует с ней. Природа – это среда обитания человека. Биологические возможности приспособления человека к различным условиям велики, и это сохраняет целостность организма. Нормальное существование организма возможно лишь благодаря поддержанию им постоянства внутренней среды. При изменении условий внешней среды для поддержания постоянства внутренней требуется включение тех или иных механизмов. Цель нашей игры – познакомиться с некоторыми из них, выявить их роль в теплорегуляции организма.

Игра состоит из четырех туров.

I тур. «Разминка»

Каждой команде предлагается 6 вопросов. Цель этого этапа – вспомнить основные физические и биологические понятия по теме «Теплорегуляция» (теплопередача, ее виды; парообразование и его виды; экзотермическая реакция, нейрогуморальная регуляция организма; органы тела, образующие и отдающие тепло).

•Назовите процесс передачи энергии, проходящий без совершения работы.

(Ответ: теплообмен, или теплопередача.)

•Какая физическая величина является мерой энергии, полученной или отданной телом в процессе теплообмена?

(Ответ: количество теплоты.)

•Перечислите виды теплопередачи.

(Ответ: теплопроводность, конвекция, излучение.)

•Назовите вид теплопередачи, при котором энергия передается от одной части тела к другой.

(Ответ: теплопроводность.)

•А вид теплопередачи, при котором перенос энергии осуществляется струями жидкости или газа?

(Ответ: конвекция.)

•Как называется явление перехода жидкости в пар?

(Ответ: парообразование.)

•Как называется процесс парообразования, проходящий с открытой поверхности жидкости?

(Ответ: испарение.)

•Перечислите факторы, влияющие на интенсивность испарения.

(Ответ: температура, площадь поверхности и род жидкости, влажность воздуха, воздушные потоки.)

Как называются химические реакции, протекающие с выделением энергии?

(Ответ: экзотермические реакции.)

•Перечислите органы, участвующие в образовании тепла.

(Ответ: печень, мышцы.)

•Назовите способы регуляции функций организма.

(Ответ: нервная и гуморальная регуляция.)

•Перечислите органы, участвующие в теплоотдаче.

(Ответ: кровеносные сосуды, кожа, легкие.)

II тур. «Ты – мне, я – тебе»

За две недели до игры учащимся был предложен список литературы, после ознакомления с которой командам надо было сформулировать для соперников интересные вопросы по теме «Теплорегуляция»*. Задание расширяет кругозор учащихся, способствует формированию навыков самостоятельной работы с книгой.

На обдумывание ответа командам предоставляется до 1,5 минуты. Полный и правильный ответ оценивается пятью баллами.

•В 1646 г., чтобы позабавить знатных гостей, миланский герцог Моно повелел выкрасить тело мальчика, олицетворявшего собой золотой век на праздничном шествии, золотой краской. После представления про мальчика забыли, а утром его нашли мертвым. Почему он умер?

(Ответ: краска, покрывавшая тело ребенка, нарушила функции кожи – поддержание постоянной температуры и дыхания.)

•Температура тела человека в норме составляет 36,7°С. Это практически всегда выше температуры окружающей среды. Из физики известно, что тела участвуют в теплообмене; более нагретые тела отдают энергию менее нагретым, так что в результате их температура должна понижаться. Но температура нашего тела постоянна. Чем объяснить это явление?

(Ответ: в клетках организма идет экзотермическая реакция C2 + 2O2 = 2CO2 + Q. Кроме того, температура тела сохраняется благодаря интенсивной выработке тепла за счет обменных процессов.)

•Как объяснить, почему температура воздуха над головой человека на 1–1,5 градуса выше температуры окружающего воздуха?

(Ответ: в процессе естественной конвекции тепло поднимается потоком теплого воздуха, нагреваемого кожей.)

•Почему на морозе кожа вначале краснеет, потом бледнеет и даже синеет?

(Ответ: происходят рефлекторное сужение и расширение кровеносных сосудов.)

III тур. «Заморочки из бочки»

Участники команд достают карточки с номерами заданий. Предложенные ситуации требуют от учащихся применения знаний по биологии и физике в новых условиях. На обдумывание ответа дается 30 секунд. Полный и правильный ответ оценивается двумя баллами.

•Человек, пребывающий долгое время при низкой температуре, вынужден активно двигаться. Почему?

(Ответ: в результате работы мышц тело человека нагревается: выделяется большое количество тепла, поскольку ускоряются обменные процессы.)

•Если температура в комнате 20°С, мы чувствуем себя комфортно. Но, входя в воду той же температуры, мы ощущаем довольно сильный холод. Почему?

(Ответ: воздух – теплоизолятор. Он слабо проводит тепло. Вода обладает большей теплоемкостью, к тому же она – более хороший проводник тепла. В воде нам холодно, потому что она быстро отводит тепло от тела.)

•Чем объяснить, что посещение финской бани – сауны, где температура воздуха выше 100°С, безопасно для здоровья человека, а попадание в воду той же температуры – смертельно?

(Ответ: в сауне открываются поры потовых желез, на коже выступает пот, который быстро испаряется. Испарение охлаждает тело, по крайней мере настолько, чтобы выдержать при такой температуре 20–30 минут. Без охлаждающего эффекта испарения человек не смог бы перенести столь высокую температуру.)

•Почему в южных широтах местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты?

(Ответ: одежда в данном случае – это средство теплового сопротивления. Между волокнами ткани и особенно ваты сохраняются мельчайшие объемы воздуха – плохого проводника тепла. Воздух защищает тело от перегрева.)

•Почему в жаркую погоду у человека усиливается чувство жажды?

(Ответ: когда температура среды выше температуры тела, теплоотдача происходит только путем испарения. Человек вынужден употреблять много жидкости, чтобы поддержать водный баланс).

•Что будет лучшей грелкой – мешочек с песком или бутылка с водой (при одинаковой массе и температуре)?

(Ответ: бутылка с водой, потому что теплоемкость воды больше теплоемкости песка. Водная грелка будет охлаждаться дольше.)

•Может ли нам казаться теплее в сырую погоду, чем в сухую, при одинаковой температуре воздуха?

(Ответ: в сырой и пасмурный день испарение уменьшается, так как все вокруг пронизано влажностью. В результате охлаждающий эффект от испарения пота не такой сильный: тело сохраняет тепло, потому что оно его меньше теряет.)

•Верно ли выражение «шуба греет»?

(Ответ: нет. Меховые шубы – пористые тела. Между волосками меха содержится воздух. Теплопроводность воздуха невелика, он защищает тело от охлаждения. Шуба не греет, а сохраняет тепло.)

IV тур. «Гонка за лидером»

Капитаны команд получают карточки-задания с расчетной задачей, таблицей, которую необходимо заполнить, и двумя вопросами для устного ответа. Время работы – 4 минуты. Команды делятся на группы, каждая из которых выполняет индивидуальное задание. Выполнение задания в полном объеме приносит команде 5 баллов.

•Какое количество теплоты затрачивается на испарение 12 кг пота, которые организм человека выделяет за сутки тяжелой физической работы, если удельная теплота парообразования равна 2,4 х 106 Дж/кг?

•Какое количество теплоты выделяет человеческий организм за сутки, если этого тепла достаточно, чтобы довести до кипения 33 л ледяной воды? Удельная теплоемкость воды – 4200 Дж /(кг х °С).

•Заполните таблицу.

Регуляция теплоотдачи кровеносными сосудами

•Почему больному с высокой температурой рекомендуется обтирание спиртовым раствором?

(Ответ: при испарении спирта с поверхности кожи она охлаждается.)

•Почему люди, одетые в прорезиненную одежду, с трудом переносят жару?

(Ответ: происходит перегрев организма, поскольку пот не испаряется.)

•Почему одежда человека должна быть сухой?

(Ответ: идет интенсивное испарение воды из мокрой одежды, возможно переохлаждение организма.)

Учитель: Мы в очередной раз убедились, что для нормального существования организму необходимо поддерживать постоянство внутренней среды и одним из механизмов является теплорегуляция. Это сложный физический процесс согласованного изменения интенсивности обмена веществ, просветов кровеносных сосудов кожи, образования и выделения пота, на испарение которого затрачивается энергия. Этот процесс саморегулируется с участием нервной системы организма.

Жюри подводит итоги игры и определяет команду-победительницу.

Информация

•Тепло отдается в окружающее пространство всей поверхностью тела. Следовательно, температура приповерхностных областей тела должна быть ниже температуры центральных. Например, температура мышечной части бедра составляет 35°С, центра стопы – 27–28°С, икроножной мышцы – 33°С.

•Внутренняя температура также не является постоянной. Различия температуры внутренних слоев составляют 0,2–1,2°С.

•Температура тела человека колеблется в течение дня, при этом она минимальна в предутренние часы и максимальна в дневное время. Амплитуда колебаний – приблизительно 1°С.

•При физической нагрузке в зависимости от ее интенсивности внутренняя температура может повышаться на 1–2°С. В противоположность этому средняя температура кожи уменьшается, так как благодаря работе мышц выделяется пот, который охлаждает кожу.

•В условиях покоя средняя температура тела постоянна, интенсивность обмена определяется скоростью переноса тепла от внутренних областей к поверхностным и от поверхности тела в окружающее пространство.

•Лишь менее половины тепла, выработанного внутри тела, распространяется к поверхности благодаря теплопроводности; большая часть тепла переносится путем конвекции в кровотоке. В связи с высокой теплоемкостью кровь – хороший переносчик тепла, и в силу этого она поддерживает тепловой баланс в организме.

•Наружный поток тепла осуществляется благодаря теплопроводности, конвекции (15%), излучению (45%) и испарению (25–40%). Теплопроводность имеет место в тех случаях, когда тело контактирует с твердыми телами или жидкостью. Теплопередача в виде инфракрасного излучения, испускаемого кожей, определяется температурой кожи, площадью ее поверхности и температурой окружающей среды. Перенос тепла путем конвекции и излучения часто называют сухой теплопередачей. Около 20–25% теплопередачи от тела человека в комфортных температурных условиях осуществляется за счет испарения жидкости с поверхности кожи и со слизистой оболочки, выстилающей дыхательные пути. При изменении условий окружающей среды и вида деятельности человека (покой, физическая нагрузка) числовые данные тоже изменяются.

Итог урока

Конспект урока

Тема: Строение и функции кожи

Цель: Рассмотреть подробное строение и функции кожи

Тип урока: комбинированный

Ход урока

Изучение нового материала

Кожа - самый большой орган человеческого тела. Ее площадь составляет 1.5-2 кв.м. Уход за кожей требует ничуть не меньшего, а даже, возможно, большего внимания, чем забота о других частях тела. Обеспечение правильного ухода является во многом залогом нормального функционирования организма в целом. Для ухода за кожей рынок косметической продукции предлагает широчайший выбор лечебно-профилактической косметики как отечественного, так и зарубежного производства. Чтобы грамотно выбрать нужные именно вам средства ухода за кожей, необходимо знать строение и функции кожи.

Среди основных функций кожи надо отметить следующие:
Защитная - Кожа защищает подлежащие ткани от физических, химических, и биологических воздействий
Терморегуляторная - Подкожная жировая клетчатка и потовые железы обеспечивают регуляцию температуры организма
Выделительная - Сальные и потовые железы обеспечивают вывод продуктов жизнедеятельности на поверхность кожи
Дыхательная и газообменная - Кожа проницаема для газов и летучих жидкостей
Рецепторная - В коже находятся чувствительные нервные окончания, посредством которых мы ощущаем холод, боль, давление и т. д.

Основная задача кожи - защита. То, как осуществляется эта функция, определяет выполнение всех других. Исходя из этого, цель ухода за кожей можно определить как создание внешних и внутренних условий, которые позволяют коже наилучшим образом выполнять все свои функции, и, прежде всего, защитную. Выбор подходов к уходу за этим важнейшим органом человеческого тела определяется особенностями строения кожи.

СТРОЕНИЕ КОЖИ
Кожа состоит из 3 основных слоев: эпидермиса, подлежащей под ним дермы или собственно кожи и гиподермы - подкожной жировой клетчатки, состоящей из жировых долек с прослойками соединительной ткани.

Эпидермис - это многослойный, так называемый "ороговевающий" эпителий. Клетки глубоких слоев эпидермиса живые, они делятся и постепенно поднимаются к наружной поверхности кожи. При этом сами клетки погибают и превращаются в роговые чешуйки, которые постоянно слущиваются с поверхности кожи. Клетки эпидермиса очень прочно соединены между собой. Именно это позволяет им выполнять основную - защитную - функцию кожи.


Эпидермис практически непроницаем для воды и водных растворов. Жирорастворимые вещества лучше проникают через эпидермис за счет того, что мембраны клеток содержат значительные количества жиров и эти вещества как бы "растворяются" в клеточных мембранах. Поверхность эпидермиса, кроме роговых чешуек, покрыта так называемой водно-жировой мантией, состояние которой и определяет внешний вид нашей кожи. В эпидермисе нет кровеносных сосудов, и питание эпидермиса происходит только за счет диффузии тканевой жидкости из подлежащего слоя дермы. Эпидермис отделен от дермы базальной мембраной, состоящей из коллагеновых и эластиновых волокон.

Дерма или собственно кожа представляет собой рыхлую соединительную ткань. Рыхлая соединительная ткань состоит из клеточных элементов и внеклеточного матрикса. Основные клетки в дерме - фибробласты - именно они синтезируют внеклеточный матрикс. Внеклеточный матрикс состоит из двух основных компонентов: фибриллярной части - это волокна коллагена, ретикулина и эластина, которые создают каркас кожи, и так называемой аморфной компоненты, по своей структуре более всего напоминающей гель. Это полисахариды или протеогликаны, наиболее известные среди них гиалуроновая кислота, хитозан, полисахариды морских водорослей. Именно компоненты внеклеточного матрикса как фибриллярные, так и аморфные создают кожу изнутри. Полисахариды сами по себе не формируют волокон, но они заполняют все промежутки между соединительнотканными волокнами и клетками, именно по ним происходит внутритканевой транспорт всех веществ. В конечном счете, состояние дермы (целостность коллагеновых волокон, содержание воды в полисахаридном геле и т.д.) определяет состояние эпидермиса и здоровый вид кожи.

Подкожная жировая клетчатка также имеет очень большое значение для кожи. В первую очередь - это терморегуляция. Жировые клетки также представляют собой депо, в которых могут сохраняться жирорастворимые витамины (А, Е, F, К). Кроме того, подкожная жировая клетчатка очень важна как механическая опора для наружных слоев кожи. Кожа, в которой слабо выражен этот слой, обычно имеет больше морщин и складок, быстрее "стареет".

Дерма или собственно кожа с подлежащей гиподермой имеют очень богатую разветвленную сеть кровеносных капилляров, пронизывающих все ткань до эпидермиса. Эта сеть приносит из основного кровотока все необходимые питательные вещества, которые диффундируют из самых мелких капилляров в дерму и далее распространяются с током межклеточной жидкости по полисахаридам дермы до всех клеток эпидермиса. Через кровеносные капилляры также осуществляется отток продуктов клеточного метаболизма из дермы в общий кровоток. Для кожи очень важен устойчивый баланс между притоком и оттоком жидкости, т.к. нарушение этого баланса приводит к застою жидкости в дерме и проявляется в отеках.

Кожа, покрывающая тело человека, делится на толстую (кожа ладоней и подошв) и тонкую. Тонкая кожа отличается от толстой более тонким эпидермисом и наличием так называемых придатков кожи: волос), сальных и потовых желез. Волосяные луковицы и железы располагаются в дерме. Протоки желез проходят через эпидермис и открываются наружу поровыми отверстиями. Сальные железы располагаются около волосяных луковиц и их протоки открываются на поверхности эпидермиса около основания волос. Железы играют очень важную роль в метаболизме кожи.

Секрет сальных желез - кожное сало - состоит из жирных кислот, белков, глицериновых жиров, т.е. жирорастворимых компонентов, которые образуют защитную пленку на поверхности кожи, а также способствуют проникновению жирорастворимых веществ в дерму.

Секрет потовых желез - пот - это водный раствор, близкий по своему составу к моче. Соответственно, протоки потовых желез - это путь для выведения наружу водных составляющих водно-жировой мантии эпидермиса, и это практически единственный путь, по которому в кожу могут попадать водорастворимые вещества с поверхности эпидермиса.

Конспект урока

Тема: Измерение артериального давления

Цель: научиться самостоятельно измерять артериальное давление.

Тип урока: Лабораторная работа

Приборы и материалы: тонометр, фонендоскоп.

Ход работы

манжетку тонометра оборачивают вокруг левого плеча

испытуемого (предварительно обнажив левую руку). В области локтевой

ямки устанавливают фонендоскоп. Экспериментатор нагнетает воздух в

манжетку до отметки 150-170 мм ртутного столба Затем медленно выпус-

кает воздух из манжетки и прослушивает тоны. В момент первого звуково-

го сигнала на шкале появляется величина систолического давления. Экс-

периментатор записывает величину давления. Постепенно сигнал будет за-

тихать и наступит затишье. В этот момент на шкале можно увидеть вели-

чину диастолического давления. Экспериментатор фиксирует эту величи-

ну. Для получения более точных результатов следует повторить измерения

несколько раз.

1. Сравнить полученные данные в эксперименте со среднестатистически-

ми табличными данными по артериальному давлению для вашего возраста.

2. Рассчитать значения: пульсового (ПД), среднего артериального дав-

ления (АДср) и собственно артериального давления (АД сист. и АД диа-

столич.). Известно, что в норме у здорового человека пульсовое давление

составляет примерно 45 мм ртутного столба.

Формулы расчета давления

Пульсовое (ПД) ПД=АД сист.- АД диастолич.

Среднее атериальное АДср= АД сист.-АД диастолич.+ АД диастолич./3

Артериальное (АД сист.) АД сист. =1,7х возраст +83

Артериальное (АД диастолич.) АД диастолич.= 1,6 х возраст +42

Артериальное давление (норма)

Возраст Мальчики (юноши) Девочки (девушки)

7-8 88/52 87/52

9-10 91/54 89/53

11-12 103/60 94/60

13-14 108/61 106/62

15 112/66 111/67

16 113/70 111/68

17 114/71 112/69

18 116/72 113/71

Давление крови в различных отделах сосудистого русла.

Движение крови по сосудам.

Давление крови в различных отделах сосудистого русла неодинаково: в артериальной системе оно выше, в венозной ниже.

Кровяное давление—давление крови на стенки кровеносных сосудов. Нормальное кровяное давление необходимо для циркуляции крови и надлежащего снабжения кровью органов и тканей, для образования тканевой жидкости в капиллярах, а также для осуществления процессов секреции и экскреции.

Величина кровяного давления зависит от трех основных факторов: частоты и силы сердечных сокращений; величины периферического сопротивления, т. е. тонуса стенок сосудов, главным образом артериол и капилляров; объема циркулирующей крови.

Различают артериальное, венозное и капиллярное давление крови.

Артериальное кровяное давление. Величина артериального давления у здорового человека является довольно постоянной, Однако она всегда подвергается небольшим колебаниям в зависимости от фаз деятельности сердца и дыхания.

Различают систолическое, диастолическое, пульсовое и среднее артериальное давление.

Систолическое (максимальное) давление отражает состояние миокарда левого желудочка сердца. Его величина 100—120 мм рт. ст.

Диастолическое (минимальное) давление характеризует степень тонуса артериальных стенок. Оно равняется 60—80 мм рт. ст.

Пульсовое давление — это разность между систолическим и диастолическим давлением. Пульсовое давление необходимо для открытия полулунных клапанов во время систолы желудочков. В норме пульсовое давление составляет 35—55 мм рт. ст. Если систолическое давление станет равным диастолическому - движение крови будет невозможным и наступит смерть.

Среднее артериальное давление равняется сумме диастолического и '/з пульсового давления.

На величину артериального давления оказывают влияние различные факторы: возраст, время суток, состояние организма, центральной нервной системы и т.д.

С возрастом максимальное давление увеличивается в большей степени, чем минимальное.

В течение суток наблюдается колебание величины давления: днем оно выше, чем ночью.

Значительное повышение максимального артериального давления может наблюдаться при тяжелой физической нагрузке, во время спортивных состязаний и др. После прекращения работы или окончания соревнований артериальное давление быстро возвращается к исходным показателям.

Повышение артериального давления называется гипертонией. Понижение артериального давления называется гипотонией. Гипотония может наступить при отравлении наркотиками, при сильных травмах, обширных ожогах, больших кровопотерях.

Артериальный пульс. Это периодические расширения и удлинения стенок артерий, обусловленные поступлением крови в аорту при систоле левого желудочка. Пульс характеризуется рядом качеств, которые определяются путем пальпации чаще всего лучевой артерии в нижней трети предплечья, где она расположена наиболее поверхностно;

Пальпаторно определяют следующие качества пульса: частоту —количество ударов в 1 мин, ритмичность — правильное чередование пульсовых ударов, наполнение — степень изменения объема артерии, устанавливаемая по силе пульсового удара, напряжение —характеризуется силой, которую надо приложить, чтобы сдавить артерию до полного исчезновения пульса.

Кровообращение в капиллярах. Эти сосуды пролегают в межклеточных пространствах, тесно примыкая к клеткам органов и тканей организма. Общее количество капилляров огромно. Суммарная длина всех капилляров человека составляет около 100 000 км, т. е. нить, которой можно было бы 3 раза опоясать земной шар по экватору.

Скорость кровотока в капиллярах невелика и составляет 0,5-1 мм/с. Таким образом, каждая частица крови находится в капилляре примерно 1 с. Небольшая толщина этого слоя и тесный контакт его с клетками органов и тканей, а также непрерывная смена крови в капиллярах обеспечивают возможность обмена веществ между кровью и межклеточной жидкостью.

Различают два вида функционирующих капилляров. Одни из них образуют кратчайший путь между артериолами и венулами (магистральные капилляры). Другие представляют собой боковые ответвления от первых; они отходят от артериального конца магистральных капилляров и впадают в их венозный конец. Эти боковые ответвления образуют капиллярные сети. Магистральные капилляры играют важную роль в распределении крови в капиллярных сетях.

В каждом органе кровь течет лишь в “дежурных” капиллярах. Часть же капилляров выключена из кровообращения. В период интенсивной деятельности органов (например, при сокращении мышц или секреторной активности желез), когда обмен веществ в них усиливается, количество функционирующих капилляров значительно возрастает. В то же время в капиллярах начинает циркулировать кровь, богатая эритроцитами — переносчиками кислорода.

Величина давления в капиллярах тесно связана с состоянием органа (покой и активность) и теми функциями, которые он выполняет.

Конспект урока

Тема: Законы физики при кровообращении

Цель: выяснить значение физических факторов, обуславливающих непрерывное движение крови, синтезировать и закрепить знания по физике и биологии.

Тип урока: Интегрированный

Лист заданий и ответов

Ф. и. о.______________________ Класс______________

Цель: выяснить значение физических факторов, обуславливающих непрерывное движение крови.

I. Подумайте, какие основные силы действуют на кровь при её движении.

Задание 1 Найдите на графике точки пересечения кривых, соответствующих изменению давления в предсердии, желудочке и аорте. Какие из них соответствуют (укажите номер точки):

1) закрыванию створчатого клапана – ... ;

2) открыванию полулунного клапана – ... ;

3) закрыванию полулунного клапана – ... .

3

ВЫВОД. _________________________________

II. Влияние особенностей артерий на значение кровяного давления.

Задание 2 Давление в крупных артериях падает всего на 10–20 мм рт.ст., а в капиллярах оно само составляет 30 мм рт.ст. Почему?

Ответ. __________________________________

Задание 3 Давление крови в сонной артерии сопоставимо с давлением пара в котле паровоза. Каким качеством обладают артерии?

Ответ. __________________________________

ВЫВОД.

2. Зависимость скорости кровотока от поперечного сечения сосуда.

Так как масса крови, проходящей через сечение сосуда, остаётся постоянной, то и объём крови в каждом сечении остаётся постоянным: V1 = V2.

Рассчитайте зависимость скорости движения крови от сечения сосуда:

1. Как определить путь, пройденный кровью по сосуду, зная скорость и время движения?	L = ...
2. Как определить объём крови, прошедшей по сосуду, зная длину и площадь сечения сосуда?	V = ...
3. Используя формулу V1 = V2, определите связь между сечением сосуда и скоростью крови в нём.
4. Сделайте вывод о соотношении площади сечения сосуда и скоростью движения крови в нём.	Чем больше площадь сечения, тем скорость движения крови...

Задание 4 Изучите график и проследите изменение скорости кровотока в разных сосудах. Где скорость максимальна, а где минимальна?

Почему увеличивается скорость крови в вене? В чём значение минимальной скорости в капиллярах?

Задание 5 Пусть S₁ (сечение аорты) = 4 см², ₁ (скорость крови в аорте) = 21 см/с, ₂ (скорость крови в капиллярах) = 0,3 мм/с. Найдите сечение капилляров S₂. Во сколько раз площадь сечения капилляров больше площади сечения аорты?

Варианты ответов: 1) 500; 2) 600; 3) 700.

ВЫВОД. ______________________

IV. Физические закономерности движения крови в сосудах.

Вспомните закон сохранения энергии. Что случилось, если энергия изменилась?

(ВНИМАНИЕ: расчёт производится для идеальной несжимаемой жидкости, текущей без трения.)

Какое давление соответствует падению скорости в капиллярах? Нет ли здесь противоречий?

Ответ. _____________________

Чем поддерживается непрерывный ток крови в организме?

ВЫВОДЫ. ______________________

Список литературы для учителя

1. Мак-Мюрей В. Обмен веществ у человека. М., 1980.

2. Общий курс физиологии человека и животных / под ред А. Д. Ноздрачева. М., 1991. кн.

3. Основы физиологии / под ред. П. Стерки. М., 1984.

4. Слоним А. Д. Эволюция терморегуляции. Спб., 2005.

5. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. – М.: Наука; ФМЛ, 1986.

6. Зверев И.Д. Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека. – М.: Просвещение, 1983.

7. Зверев А.Т., Зверева Е.Г. Экология: Учебник для 7–9-х классов общеобразовательных школ. – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС XXI в.», 2000.

8. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии, биологии. – М.: Просвещение, 1986.

9. Максимова В.Н., Груздева Н.В. Межпредметные связи в обучении биологии. – М.: Просвещение, 1987.

10. Манойлов В.Е. Электричество и человек. – Л.: Энергоиздат, 1988. Маркосян П.Г. Физиология. – М.: Мир, 1985.

11. Маркушевич А.И. Детская энциклопедия «Человек». – М.: Педагогика, 1975.

12. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: Наука, 1986. Физиология человека. Пер. с англ. / Под ред. Костюка П.Г. – М.: Мир, 1986. – Т. 1.

13. Хрипкова А.Г., Колесов Д.В. Гигиена и здоровье школьников. – М.: Просвещение, 1988.

14. Д. И. Ласс, М. Г. Поликарпова. Гигиенические и косметические советы по уходу за кожей и волосами. Медгиз, 1958 г.