2 курс / Нормальная физиология / Методы_оценки_состояния_систем_кислородообеспечения_организма_человека
.pdf
Ростовский государственный университет Учебно-научно-исследовательский институт валеологии
В.Б.Войнов, Н.В.Воронова, В.В.Золотухин
Методы оценки состояния систем кислородообеспечения организма человека
Учебно-методическое пособие для студентов высших учебных заведений, слушателей курсов повышения квалификации по специальности валеология под редакцией Г.А.Кураев
Ростов-на-Дону
2002
Оглавление
344006, г.Ростов-на-Дону, ул.Б.Садовая, 105, УНИИ валеологии РГУ
(8632) 64-82-22
HTTP://VALEO.RSU.RU
|
Оглавление |
|
Введение.................................................................................................................................... |
3 |
|
1. |
Используемые в работе понятия и сокращения ........................................................... |
4 |
2. |
Основы функционального тестирования.................................................................... |
21 |
2.1 |
Наиболее широко применяемые методы функционального тестирования....................... |
22 |
2.2Показания к прекращению нагрузки. Субъективные и объективные признаки
чрезмерного утомления и плохого самочувствия.................................................................................... |
25 |
|
3. |
Методики исследования состояния сердечно-сосудистой системы ...................... |
26 |
3.1 |
Измерение частоты сердечных сокращений........................................................................ |
26 |
3.1.1 |
Измерение частоты сердечных сокращений человека пальпаторным методом............... |
26 |
3.1.2 |
Исследование перестроек частоты сердечных сокращений человека при |
|
функциональной нагрузке - проба Мартине............................................................................................. |
28 |
|
3.1.3 |
Исследование характеристик пульса в покое и при физической нагрузке....................... |
30 |
3.1.4Частота сердечных сокращений как косвенный метод оценки физической
работоспособности человека (степ-тест) .................................................................................................. |
34 |
|
3.2 |
Артериальное давление в задачах функциональной диагностики..................................... |
37 |
3.2.1 |
Измерение артериального давления аускультативным способом Н.С.Короткова......... |
38 |
3.2.2 |
Исследование параметров гемодинамики человека при физической работе ................... |
41 |
3.3 |
Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) человека........................................................ |
42 |
3.3.1 |
Нормативы компонентов кардиокомплекса......................................................................... |
46 |
3.3.2 |
Нормативы электрограмм основных отведений ЭКГ......................................................... |
50 |
3.3.3 |
Влияние функциональной нагрузки на ЭКГ........................................................................ |
52 |
3.3.4 |
Вариационная пульсометрия. Способ расчета индекса напряжения Баевского............... |
55 |
3.3.5 |
Методика автоматизированной оценки вегетативного статуса человека и реакции |
|
системы кислородообеспечения на орто-пробу, основанная на анализе кардиоритма (по |
|
|
Баевскому) |
................................................................................................................................................. |
58 |
3.3.6Методика исследования частотных характеристик сердечного ритма с исполь-
зованием спектрального анализа ....................................................................................................... |
60 |
|
4. Методики исследования состояния дыхательной системы....................................... |
67 |
|
4.1 |
Исследование индивидуальных параметров внешнего дыхания человека....................... |
67 |
4.2Исследование влияния положения тела на функциональную остаточную емкость
легких ................................................................................................................................................. |
71 |
4.3Исследование особенностей устойчивости организма к смешанной гиперкапнии и
гипоксии. Пробы Штанге и Генчи............................................................................................................. |
72 |
5.Исследование особенностей состояния сердечно-сосудистой и дыхательной
систем и их взаимодействия......................................................................................................... |
74 |
5.1Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной
систем к гипоксической нагрузке...................................................................................................... |
74 |
5.1.1Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при
гипоксии ................................................................................................................................................. |
77 |
5.1.2Получение вывода о характере реакции системы кислородообеспечения на
гипоксическую нагрузку............................................................................................................................. |
78 |
5.2Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем
к велоэргометрической нагрузке....................................................................................................... |
79 |
5.2.1Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при
велоэргометрии ........................................................................................................................................... |
81 |
5.2.2Получение вывода о характере адаптации системы кислородообеспечения к
физической нагрузке........................................................................................................................... |
81 |
6. Список использованной литературы........................................................................... |
86 |
Приложение 1 .............................................................................................................................. |
88 |
Автоматизированное рабочее место студента-валеолога (АРМ валеолога) для исследования |
|
параметров систем кислородообеспечения................................................................................................................................... |
88 |
Приложение 2 .............................................................................................................................. |
90 |
Общие методические принципы работы с автоматизированным рабочим местом (АРМ-ом) для |
|
исследования параметров работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем......................................... |
90 |
ВВЕДЕНИЕ
Оценка физического здоровья в первую очередь должна основываться на оценке резервов систем организма, выявляемых по реагированию физиологических систем человека в ответ на разные по интенсивности нагрузки (функциональные пробы). Степень и динамика изменения физиологических параметров при тестировании, а также скорость и полнота их восстановления, отражают адаптационные способности человека, резервные возможности его организма.
Одним из наиболее перспективных путей оценки общего здоровья человека представляется контроль параметров, отражающих эффективность работы системы кислородообеспечения организма. В нее, помимо крови, входят сердечнососудистая и дыхательная системы, с единой системой регуляции. А единство основной функции – обеспечение отдельных частей тела кислородом, позволяет эти системы объединить в единую систему – систему кислородообеспечения человека.
Впредлагаемой разработке представлены методы, позволяющие, с различной степенью полноты, описать состояние отдельных компонентов системы кислородообеспечения и здоровья организма в целом. Полнота описания состояния человека и прогноза его изменения при использовании функционального тестирования в значительной степени зависит от технической оснащенности исследователя.
Всвязи с этим в данной методической разработке предусмотрены три уровня технической оснащенности пользователей.
При отсутствии специальных средств исследования системы кислородообеспечения. Наличие, например, только секундомера и ступенек для проведения стептеста, спирометра определяет использование разделов 1, 2, 4.1.1., 4.1, 4.2, 5.
Наличие электрокардиографа позволяет, дополнительно, использовать раздел
4.3.
Наличие специализированного автоматизированного рабочего места (АРМ-а) для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем - разделы 3 и 6.
3
1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ ПОНЯТИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Аритмия сердца — общее название различных видов нарушений ритма сердечных сокращений. Дыхательная аритмия – на вдохе частота сердечных сокращений увеличивается, на выдохе – уменьшается. Нормальный ритм синусового узла (синусный ритм) у большинства здоровых взрослых людей в покое составляет 60-75 уд. в 1 минуту. Более сложные нарушения ритмичности сердечных сокращений, которые могут свидетельствовать о нарушениях в работе сердца: тахикардия, бради-
кардия, экстрасистолия *и т.д.
Артериальное давление — давление крови на стенки артерий, изменяется в зависимости от фазы цикла сокращения сердца. Оно зависит от силы сокращения сердца, притока крови в артериальную систему, состояния стенок сосудов, вязкости крови и многих других факторов. Различают артериальное давление систолическое (максимальное), диастолическое (минимальное) и пульсовое.
Артериальная гипертензия — повышение систолического давления более
140мм рт.ст. Гипертензии может способствовать множество факторов, например:
-физическая нагрузка (происходит выход крови из депо, увеличивается объем циркулирующей крови, сосудосуживающая реакция);
-введение сосудосуживающих средств (адреналин, норадреналин и др.);
-в пожилом возрасте — уменьшение эластичности сосудов вследствие склеротических изменений.
Артериальная гипотензия — снижение систолического давления ниже 100 мм рт.ст. и диастолического ниже 60 мм рт.ст.
Артериальный пульс (пульс, ЧСС) — это ритмические колебания стенок артерий, обусловленные толчками крови, происходящими при сокращении сердца.
Пульсовая волна, иначе волна повышения давления, возникает в аорте в момент изгнания крови из желудочков. В результате того, что стенки аорты и артерий обладают эластичностью, систолический прирост давления не продвигает весь столб крови (как происходило бы, если бы артериальная система состояла из жестких, неэластичных трубок), а вызывает растяжение стенок артерий. Благодаря такому рас-
* курсивом отмечены термины, приведенные в данном разделе.
4
тяжению, аорта и артериальные стволы вмещают в себя выбрасываемый сердцем систолический объем крови.
Стенки сосудов, получившие во время систолы добавочное напряжение, стремятся, в силу упругости, уменьшить свою емкость и во время диастолы продвигают вперед систолический объем крови. Расширение стенки и повышение давления происходит теперь на прилежащем участке. Колебания давления, волнообразно повторяясь и постепенно ослабевая, захватывают все новые и новые участки артерий, пока не достигают артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет.
Соответственно пульсирующим изменениям давления, пульсирующий характер приобретает и продвижение крови по артериям - наблюдается ускорение кровотока во время систолы и замедление во время диастолы.
Скорость распространения пульсовой волны не зависит от скорости движения крови. Максимальная линейная скорость течения крови по артериям не превышает 0.3–0.5 м/с. Скорость распространения пульсовой волны, у людей молодого и среднего возраста, при нормальном артериальном давлении и нормальной эластичности сосудов, равна в аорте 5.5–8 м/с, а в периферических артериях — 6–9.5 м/с. С возрастом, по мере понижения эластичности сосудов, скорость распространения пульсовой волны увеличивается.
Различают артериальный, венозный и сердечный толчок. Обычно пульс определяется кончиками пальцев руки (пальпаторно) на запястье человека (лучевая артерия). Оцениваются: частота, ритм, наполнение, напряженность, высота. Ритм и частота пульса в широком смысле слова аналогичны ритму и частоте сердечных сокращений.
Пульсацию артерий можно легко обнаружить прикосновением к любой доступной ощупыванию артерии: лучевой (a. radialis), локтевой (a. ulnaris), височной
(a. temporalis), бедренной (a. femoralis), подключичной (a. subclavia), плечевой (a. brachialis), подколенной (a. poplitea) и др.
Брадикардия (синусовая брадикардия) – вид аритмии сердца, синусовый ритм с частотой менее 55 ударов в минуту. Нередко отмечается у здоровых, особенно у физически тренированных лиц (в покое, во сне), может быть проявлением нейроциркуляторной дистонии, а также возникать при инфаркте миокарда, синдроме слабости синусового узла, при повышении внутричерепного давления, снижении функции щитовидной железы (гипотиреоз), при некоторых вирусных заболеваниях,
5
под влиянием ряда лекарств. Временами брадикардия проявляется как неприятные ощущения в области сердца.
Вариационная пульсометрия. Совокупность методических подходов исследования вариативных особенностей частоты сердечных сокращений (пульсограммы), объединены понятием – вариационная пульсометрия. Исследуются частота и регулярность сердечных сокращений, оценивается вклад в эти процессы регуляторных воздействий различных систем, в частности – симпатического и парасимпати-
ческого отделов вегетативной нервной системы.
Вегетативная нервная система — часть нервной системы, иннервирующая внутренние органы, кожу, гладкую мускулатуру, железы внутренней секреции и сердце. В ней различают парасимпатический и симпатический отделы. Эти отделы имеют различия в структуре, в медиаторах (симпатическая - адреналин, парасимпатическая - холиноподобные вещества), в некоторых функциях выступают в качестве антагонистов.
Гомеостаз — совокупность скоординированных реакций, обеспечивающих поддержание и восстановление постоянства внутренней среды организма. Иногда термин применяется для характеристики самого постоянства внутренней среды и способности организма обеспечить постоянство этой среды.
Гиперкапния — состояние организма, вызванное повышением парциального давления углекислого газа в артериальной крови вследствие физических нагрузок (функциональная гиперкапния) или в результате вдыхания воздушных смесей с повышенной концентрацией СО2. Состояние характеризуется увеличением МОЛ и МОК, расширением сосудов миокарда и головного мозга, повышением общей активности организма. Может привести к росту кислотности крови, вторичному спазму кровеносных сосудов, замедлению сердечных сокращений.
Гипоксия — состояние “кислородного голодания”, независимо от его происхождения. Существует несколько форм гипоксии. В пределах нормального функционирования организма чаще всего встречается гипоксическая гипоксия – недостаточное содержание кислорода в артериальной крови вследствие функциональной нагрузки или вдыхания газовых смесей с пониженным содержанием кислорода.
Диастолическое артериальное давление (ДАД) характеризует давление в крупных артериальных сосудах во время диастолы сердца, ближе к ее завершению. Величина ДАД составляет 60-85 мм.рт.ст. и зависит в основном от состояния тонуса
6
стенок артериальных сосудов, определяющих общее периферическое сопротивление сосудов и мало зависит от изменений УОК. ДАД при физических нагрузках чаще уменьшается, однако по абсолютным значениям — в значительно меньшей степени, чем изменяется САД.
Диастола — фаза расслабления мускулатуры сердца, в ходе которой полости сердца расширяются и наполняются кровью: различают Д. предсердий и желудочков. Наибольшее поступление крови в желудочки происходит во время фазы быстрого наполнения. Скорость, расслабление и глубина расслабления сердечной мышцы, а также наполнение кровью сердца зависят от ряда факторов: интенсивности удаления кальция из цитоплазмы мышечных клеток, вязкоупругих свойств миокарда, интенсивности венозного возврата и т.п.
Диссоциированное дыхание Грокко-Фугони — нарушение координационной функции нервно-регуляторного аппарата, обеспечивающего гармоническую и последовательную работу отдельных групп дыхательной мускулатуры. Верхняя часть грудной клетки находится в состоянии вдоха, а нижняя часть производит следующую фазу дыхания – выдох. Прогностически неблагоприятный признак.
Дисфункция – нарушение функции системы, органа или ткани организма, выражающееся неадекватностью реакции на действие раздражителей. Характеристики работы системы (параметры) могут выходить при этом за пределы средних (нормальных) значений.
Дополнительный объем вдоха (ДПО) — объем воздуха, который можно вдохнуть дополнительно при максимальном усилии после спокойного вдоха. Величина ДПО — 1800-2500 мл у мужчин и 1300-1600 мл у женщин. В динамике функционального состояния ДПО может изменяться в зависимости от изменений ДО.
Дыхание Биота — чередование равномерных дыхательных движений и продолжительных пауз (20-25 секунд при тяжелых поражениях мозга, диабетической коме, агонии.
Дыхание Чейн-Стокса — чередование дыхательных движений – постепенное нарастание глубины дыхания после предшествующей паузы, а по достижении максимальной для данного периода глубины дыхания, постепенное её снижение до минимальной глубины, и переход в паузу (при расстройствах кровообращения в ЦНС, развивающихся при тяжелых пороках сердца, тяжелых миокардитах с исходом в миокардиосклероз, у больных менингитом при кровоизлиянии в головной
7
мозг, опухолях головного мозга). Прогностически неблагоприятный признак. Дыхание Куссмауля — характеризуется медленными или быстрыми глубо-
кими дыхательными движениями с вовлечением дополнительной дыхательной мускулатуры, Ацидоз.
Дыхательный объем (ДО) (Рис.1) — объем воздуха, вдыхаемый при обычном, спокойном (не усиленном) вдохе и выдыхаемый при обычном, спокойном (не усиленном) выдохе. Дыхательный объем составляет в среднем 300-500 мл у взрослых мужчин и 300-400 мл у женщин. При нагрузке ДО может увеличиваться до 1500
— 2000 мл и 1300-1500 мл соответственно, за счет уменьшения дополнительного объема вдоха и резервного объема выдоха. Для расчетов относительных изменений вместо ДО используется показатель амплитуды дыхания (АД), в свою очередь, рассчитываемый из электрограммы экскурсии грудной клетки. Амплитуда дыхания равняется разности между максимумом вдоха и минимумом выдоха.
Рис.1. Схема легочных объемов человека
Обозначения: ЖЕЛ – жизненная емкость легких; ДПО – дополнительный объем вдоха; ДО – дыхательный объем; РО – резервный объем выдоха; ОО - остаточный объем легких
8
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ равна сумме ДПО, ДО, РО. ЖЕЛ является показателем "растяжимости" легких и грудной клетки. Величина ЖЕЛ - 4000-5000 мл у мужчин и 2500-3300 мл у женщин. При нагрузке может увеличиваться за счет различных механизмов, в частности за счет повышения тонуса мышц, участвующих в акте дыхания.
Закон Старлинга — "Сила сокращения желудочков сердца, измеренная любым способом, является функцией длины мышечных волокон перед сокращением". Закон раскрывает один из основных механизмов регуляции деятельности сердца, в основе которого лежит зависимость силы сердечного выброса от объема поступающей в сердце крови.
Здоровье — многообразие взглядов на сущность этого понятия и безуспешность попыток выработать единое мнение объясняется тем, что здоровье зависит от множества взаимосвязанных и взаимозависимых факторов, влияние которых на организм человека в первую очередь зависит от его возраста, пола, психофизиологических особенностей, функционального состояния и многого другого. Дать определение здоровью так же сложно, как и определить, что такое жизнь.
Наиболее широко распространенный подход к этой проблеме основан на принципе прямого противопоставления двух качественно различных состояний: нормального физиологического (синоним "хорошее здоровье", норма) и патологического (синоним "плохое здоровье", болезнь). Значительная часть существующих определений здоровья содержит или подразумевает это полярное разграничение.
Согласно определению, которое дает ВОЗ: “Здоровье это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических недостатков”. По мнению экспертов ВОЗ (1985), состояние здоровья населения на 10% определяется уровнем развития медицины как науки и состояния медицинской помощи, на 20% — наследственными факторами, на 20% — состоянием окружающей среды и на 50% — образом жизни. В более полном, физиологическом представлении — может быть определено как способность взаимодействующих систем организма обеспечивать реализацию генетических программ, умственной деятельности и фенотипического поведения, направленных на социальную и культурную сферы жизни. Здоровье обеспечивает приспособление организма к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды, сохранение и расширение
9
резервов функционирования систем организма, генеративную, познавательную, социальную деятельности.
Индекс напряжения Баевского (ИН) — коэффициент, отражающий степень напряжения систем, регулирующих деятельность сердца, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на него. Метод основан на оценке распределения R-R интервалов ЭКГ, отражает уровень упорядоченности ритмограммы (пульсограммы) сердца человека. Наиболее равномерно сердце бьется только в экстремальных случаях, в состоянии высокого напряжения регуляторных систем, а в нормальном состоянии частота сердечных сокращений зависит от внешних и внутренних факторов, постоянно реагируя на них учащением или снижением частоты. ИН вычисляется по формуле:
ИН = АМо (2 ×Мо×dX ) , где |
(1) |
АМо — амплитуда моды в %; Мо — среднее значение модального класса в секундах;
dX — вариационный размах (разность между наибольшим и наименьшим значением кардиоинтервала) в секундах.
В норме ИН может колебаться в значительных пределах (40-250 у.е.). Показателем увеличения напряжения центров, регулирующих сердечный ритм, является уменьшение Мо на 20 % и более, увеличение АМо на 50 % и более.
Интегральные показатели работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем:
•Процент насыщения гемоглобина крови кислородом в фоне и при выпол-
нении физической нагрузки (НГбК).
•Отношение минутных объемов дыхания к минутным объемам кровообращения в покое:
(2)
•- и при нагрузке:
(3)
Динамика этого показателя характеризует отношение вкладов дыхательной и сердечно-сосудистой систем в обеспечение выполнения физической нагрузки. Поскольку дыхательная система имеет большие возможности прироста объемов, возрастание этого показателя при выполнении физической нагрузки свидетельствует о
10