Реферат на тему дыхание под водой
Обновлено: 05.07.2024
Формирование правильного дыхания является основой для освоения всех элементов плавания. Данная статья расскажет о особенностях органов дыхания, о значении дыхания и системе обучения рациональному дыханию на уроках по плаванию в разных возрастных группах.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| dykhanie_kak_osnova_plavaniya.docx | 431.71 КБ |
Предварительный просмотр:
В своей работе особое внимание уделяю формированию правильного дыхания так, как это основа освоения всех элементов плавания (задержка дыхания, погружение, всплывание, лежание, скольжение на груди, скольжение на спине).
Органы дыхания имеют свои особенности: узость дыхательных путей, нежность и лёгкая ранимость слизистых оболочек, обилие в слизистых оболочках и стенках дыхательных путей кровеносных и лимфатических сосудов. Это обуславливает облегчённое проникновение инфекции в органы дыхания, способствует проникновению в органы дыхания, способствует возникновению воспалительных процессов дыхательных путей и раздражению от чрезмерно сухого воздуха, особенно в помещениях.
У людей систематически занимающихся плаванием, развиты дыхательная мускулатура и органы дыхания, наблюдается хорошая согласованность дыхания с движением. При плавании человек дышит чистым, лишённым пыли и достаточно увлажнённым воздухом. При выдохе во время плавания дыхательные мышцы несут дополнительную нагрузку, в связи с необходимостью преодолевать сопротивление воды, необходимое усилие совершается и при выдохе в воду. Вследствие усиленной деятельности дыхательные мышцы укрепляются и развиваются, улучшается подвижность грудной клетки, увеличивается жизненная ёмкость лёгких.
Эта система позволяет решать целый спектр оздоровительных и воспитательных задач. Обучение правильному дыханию и нормализация соответствующих функций организма осуществляется благодаря формированию осмысленности и произвольности движений и действий, развитию плана представлений.
Совершенствование дыхания происходит в старшей и подготовительной группе. Здесь дыхание включается в общую координацию движений, мы повторяем упражнения, которые были пройдены ранее. Делаем упражнения на дыхание с согласованием движений рук, ног, далее в сочетании с плавательными движениями.
Для постановки дыхания использую разнообразные игры и упражнения с применением нестандартного оборудования. Такие как :
Для нормальной жизнедеятельности человека, так же как и абсолютного большинства живых организмов, необходим кислород. В результате обмена веществ кислород связывается с атомами углерода, образуя диоксид углерода (углекислый газ). Совокупность процессов, обеспечивающих обмен этих газов между организмом и окружающей средой, называется дыханием.
Поступление в организм человека кислорода и выведение из организма углекислого газа обеспечивается дыхательной системой. Она состоит из дыхательных путей и легких. К верхним дыхательным путям относятся носовые ходы, глотка и гортань. Дальше воздух поступает в трахею, которая делится на два главных бронха. Бронхи, постоянно раздваиваясь и истончаясь, формируют так называемое бронхиальное дерево легких. Каждая бронхиола (самые тонкие разветвления бронхов) заканчивается альвеолами, в которых и происходит газообмен между воздухом и кровью. Общее количество альвеол у человека - приблизительно около 700 миллионов, а их суммарная поверхность равна 90-100 м2.
Поверхность дыхательных путей, кроме поверхности альвеол, непроницаема для газов, поэтому пространство внутри воздухоносных путей называют мертвым пространством. Его объем у мужчин в среднем составляет около 150 мл, у женщин -100 мл.
Воздух попадает в легкие вследствие отрицательного давления, создаваемого при их растяжении диафрагмой и межреберными мышцами во время вдоха. При обычном дыхании активным является только вдох, выдох происходит пассивно, благодаря расслаблению мышц, обеспечивающих вдох. Лишь при форсированном дыхании включаются в работу мышцы выдоха, обеспечивающие в результате дополнительного сжатия грудной клетки максимальное уменьшение объема легких.
Частота и глубина дыхания зависят от физической нагрузки. Так, в состоянии покоя взрослый человек совершает 12-24 дыхательных цикла, обеспечивая вентиляцию легких в пределах 6- 10 л/мин. При выполнении тяжелой работы частота дыхания может повышаться до 60 циклов в минуту, а величина легочной вентиляции достигать при этом 50-100 л/мин. Глубина дыхания (или дыхательный объем) при спокойном дыхании составляет обычно небольшую часть общей емкости легких. При увеличении легочной вентиляции дыхательный объем может возрасти за счет резервного объема вдоха и выдоха. Если зафиксировать разницу между самым глубоким вдохом и максимальным выдохом, то получается величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ), в которую не входит только остаточный объем, удаляемый лишь при полном спадении легких.
Регуляция частоты и глубины дыхания происходит рефлекторно и зависит от количества в крови углекислого газа, кислорода и от рН крови. Главным стимулом, управляющим процессом дыхания, является уровень углекислого газа в крови (с этим параметром связана также величина рН крови): чем выше концентрация СО2, тем больше легочная вентиляция. Уменьшение количества кислорода влияет на вентиляцию легких в меньшей степени. Это связано со спецификой связывания кислорода с гемоглобином крови. Значительное компенсаторное увеличение легочной вентиляции наступает только после падения парциального давления кислорода в крови ниже 12-10 кПа.
Как же влияет на процесс дыхания погружение под воду? Рассмотрим сначала ситуацию плавания с трубкой. Дыхание через трубку значительно затрудняется уже при погружении на несколько сантиметров. Это происходит вследствие того, что повышается сопротивление дыханию: во-первых, при погружении мертвое пространство увеличивается на величину объема дыхательной трубки, а во-вторых, чтобы совершить вдох, дыхательные мышцы вынуждены преодолевать повышенное гидростатическое давление. На глубине 1 м человек может дышать через трубку не более 30 с, а на больших глубинах дыхание практически невозможно в первую очередь из-за того, что дыхательные мышцы не могут преодолеть давление столба воды, чтобы сделать вдох с поверхности. Оптимальными считаются дыхательные трубки длиной 30-37 см. Использование более длинных дыхательных трубок может привести к нарушениям работы сердца и легких.
В современных моделях регуляторов конструкторы стремятся свести к минимуму эффекты повышения сопротивления дыханию, создавая так называемые сбалансированные дыхательные автоматы. Но у подводников-любителей до сих пор находится довольно много аппаратов старых моделей с повышенным сопротивлением дыханию. Такими аппаратами, в частности, являются легендарные АВМ-1 и АВМ-1м. Дыхание в этих аппаратах приводит к большим энерготратам, поэтому в них не рекомендуется выполнять тяжелую физическую работу и совершать длительные погружения на глубину свыше 20 м.
Оптимальным типом дыхания при плавании с автономным дыхательным аппаратом следует считать уреженное и углубленное дыхание. Рекомендуемая частота - 14-17 вдохов в минуту. При таком характере дыхания обеспечивается достаточный газообмен при минимальной работе дыхательных мышц, облегчается деятельность сердечно-сосудистой системы. Частое дыхание затрудняет работу сердца и ведет к его перегрузке.
В период декомпрессии и некоторое время после нее ЖЕЛ также оказывается уменьшенной в связи с увеличенным притоком крови в легкие.
Отрицательно влияет на дыхательную систему еще и тот факт, что воздух, поступающий из баллонов, обычно холодный и практически не содержит влаги. Вдыхание холодного газа способно вызвать нарушения дыхания, проявляющиеся дрожью дыхательных мышц, болями в грудной клетке, повышенной секрецией слизистых оболочек носа, трахеи и бронхов и затруднением акта дыхания. При плавании в холодной воде особенно обостряется проблема секреции слизи: затрудняются глотательные движения, необходимые для выравнивания давления в полости среднего уха. А из-за того, что поступающий воздух практически не содержит влаги, могут развиться раздражения слизистых глаз, носа, трахеи, бронхов. Усугубляющим фактором здесь является также охлаждение организма.
Бытует широко распространенное мнение о том, что наши предки при возникновении той или иной экстремальной ситуации в ходе боевых действий могли успешно дышать, используя простейшие приспособления типа трубки, находясь подолгу погруженными в воду, причем глубина погружения якобы измерялась метрами, время – часами, трубка – простая камышина (например, скрытное форсирование водной преграды, спасаясь от преследования, и т.д.).
Учитывая, что наш человек – фигура творческая, все познанное либо услышанное стремится немедленно проверить практически, считаем себя обязанными предупредить о возможных ошибках, связанных с дыханием в особых условиях. Особенно это связано с возможностью дыхания под водой с использованием подручных средств. Прежде чем затевать подобные проверки, особенно на глубинах более 1 метра, следует четко разобраться в физике процесса.
Почему? Причин несколько.
1. Для обеспечения дыхания под водой подручный предмет, через который осуществляется дыхание, должен обладать как минимум проходным сечением, обеспечивающим поступление воздуха к легким в объеме, потребном для акта дыхания, с одной стороны, и обязательно быть над поверхностью воды, даже при ее волнении – с другой, т.к. эффект попадания воды в легкие при дыхании не требует комментариев.
2. Неравенство давлений, действующих изнутри и снаружи тела при его погружении в воду, со всеми вытекающими из этого последствиями.
Рассмотрим схему взаимодействия давления воздуха (снаружи и изнутри) на человека (см. схему на рис. 2.10.), лежащего на кушетке и находящегося под воздействием атмосферного давления воздуха.
Как видно из схемы, внутренняя плевральная полость находится под давлением, равным атмосферному, в то время как и вся наружная поверхность тела (включая грудную клетку) также находится под давлением, равным атмосферному, т.е. 1 кгс/см 2 .
Таким образом, можно говорить о равенстве внутреннего и внешнего давления, действующего на организм человека, а следовательно, об отсутствии (в общем случае) помех, препятствующих нормальному кровообращению под действием атмосферного давления.
Абсолютно иная картина взаимодействия давления воздуха (снаружи и изнутри) на человека возникает при его погружении под воду с обеспечением дыхания через трубку, сообщенную с атмосферой (см. схему на рис. 2.11.).
В этом случае изнутри, со стороны легких, давит воздух с силой одной атмосферы (т.е. те же 1 кгс/см 2 ), а снаружи на тело (включая грудную клетку) давят:
- воздух с той же силой одной атмосферы (1 кгс/см 2 );
- столб воды, высотою, равной глубине погружения.
Что происходит в этом случае?
1. Так, при глубине погружения, например, равной 50 см от поверхности воды, грудная клетка находится под избыточным давлением снаружи, создаваемым столбом воды высотою, равной глубине погружения, т.е. в данном случае 50 см водяного столба, или 50 гс/см 2 (5 кгс/дм 2 ). Это заметно затрудняет дыхание, т.к. с учетом площади грудной клетки при этом создаются условия, когда приходится дышать уже в условиях, равноценных тем, когда на грудь давит груз в 15–20 кг.
Но это чисто физические трудности, сопровождающие акт дыхания в таких условиях.
2. Дело не только в этих чисто физических трудностях. Гораздо опаснее и серьезнее проявление нарушения кровообращения. Под действием избыточного давления, создаваемого столбом воды и действующего на всю поверхность тела, кровь вытесняется из частей тела, где давление выше (ноги, полость живота), в области меньшего давления – в грудь и голову. Переполненные кровью сосуды этих частей тела препятствуют нормальному оттоку крови от сердца и аорты: последние непомерно расширяются от избытка крови, и в результате – если не смерть, то тяжелое заболевание.
Результаты опытов представлены в таблице 2.
| Глубина погружения в воду грудной клетки, см. | Время (сек.) возможного пребывания под водой с обеспечением дыхания через трубку, связанную с атмосферой. Характеристика дыхания и кровообращения |
| после тренировки дыхание практически свободное | |
| 1000–1200 | дыхание затруднено незначительно |
| 225,0 | дыхание сильно затруднено |
| 60,0 | дыхание очень сильно затруднено, (начальные признаки нарушения кровообращения) |
| 15–18 | дыхание практически невозмож-но, признаки нарушения кровооб-ращения |
| 6,0 | дыхание практически невозмож-но, явно выражены признаки нарушения кровообращения |
| 2–3 | дыхание практически невозмож-но, опыт прекращен из-за резкого нарушения кровообращения, на восстановление потребовалось 3 месяца постельного режима |
Почему же мы все-таки можем нырять на большую глубину и оставаться там довольно долго без вреда для здоровья? Потому, что при нырянии условия совершенно иные. Перед тем как нырнуть, ныряющий набирает в легкие как можно больше воздуха; по мере погружения тела в воду воздух этот все сильнее сдавливается напором воды, оказывая в каждый момент давление, равное давлению окружающей воды, поэтому нет причины для переполнения сердца кровью.
В аналогичных условиях, как и ныряющий, находится и водолаз в тяжелом (жестком) костюме (когда давление воздуха, закачиваемого в шлем скафандра, равно давлению окружающей воды), рабочие в кессонах (водолазных колоколах). Если же рассматривать аквалангиста, пользующегося воздухом из баллона, то акваланг снабжается специальной регулирующей аппаратурой, обеспечивающей изменение давления подаваемого воздуха в зависимости от глубины погружения.
Поскольку в горной местности повышенное атмосферное давление, увеличенное количество азота, а также и кислорода, это приводит к снижению вентиляции легких. Но это если человек будет находиться в данных условиях незначительный, короткий промежуток времени. Если же находится длительное время в горной местности, организм привыкает, и реакция системы дыхания становится противоположной.
Увеличение атмосферного давления для человека явление неестественное. Также кислород может вызвать токсическое действие на ткани органов человека. Первое, это в клетках будет образовываться огромное количество активных веществ для соединений кислорода. В результате получаем окисление липидов, а это влечет за собой к нарушению функционирования мембраны клеток. Нарушение мембран приводит к отечности. Длительное дыхание в гипербарии, приведет к нарушению легких и кровообращению. Но нарушения у человека индивидуальны. Наблюдая за большинством здоровых людей, при вдыхании чистого воздуха, хотябы сутки, замечается появление боли в грудине. Это может повлечь за собой отечность в легких и даже головного мозга. При высоком давлении, даже превышающее атмосферное, вызывает отек мозга, который сопровождается судорогами.
Дыхание и под водой сопровождается повышенным давлением. С каждым десятком метров погружаемых под воду, значительно увеличивается давление. При погружении под воду энергия человека значительно растрачивается на дыхательные движения, поскольку поглощаемый воздух становится более плотным. А при всплывании на поверхность, происходит быстрое разряжение воздуха, что может привести к разрыву легкого. Также приводит к развитию болезни, при которой в крови и тканях образовывается азот – инертный газ. Азот достаточно плохо и долго растворяется в жидкости, а при частом погружении его становится больше и он застаивается в жировых тканях. Если всплытие происходит быстро, в крови начинают, появляется пузырьки инертного газа, и происходит закупорка в мелких сосудиках, что замедляет циркуляцию крови в сосудах. Встречаются случаи со смертельным исходом. При дыхании при погружении в воду, просто необходимо для себя запомнить две главные вещи:
Погружение и подъем в воде должен быть плавным и медленным.
Инертный газ, а именно азот, в дыхательной смеси, постарайтесь заменить, чем-то другим, к примеру, аргоном.
Более чем две трети нашей планеты покрыто морями и океанами, и только одну треть составляет суша. Необозримые водные просторы давно привлекали внимание людей, и нет ничего удивительного, что еще в древности люди предпринимали попытки проникнуть в их толщу, но лишь в начале XIX века удалось создать водолазный костюм, позволивший подолгу находиться под водой и дышать за счет нагнетаемого с поверхности по специальному шлангу воздуха.
Позже был изобретен кессон, представляющий собой колокол, обращенный отверстием вниз. Колокол опускается на дно, и под него накачивается воздух. Находящиеся в колоколе люди могут вести необходимые подводные работы.
Даже у водолаза, не говоря о кессонных рабочих, радиус действия под водой очень небольшой, ограниченный длиной шланга, по которому поступает воздух. Естественно, что поиски ученых продолжались. Совсем недавно, уже в нашем веке, удалось создать акваланг – автономный водолазный аппарат с баллонами сжатого воздуха или кислорода для свободного передвижения под водой на значительные расстояния.
Примерно с такой же проблемой столкнулись животные, когда им пришлось переселиться в жидкую среду. Некоторые из них шли тем же путем, что и люди, и на десятки миллионов лет предвосхитили создание водолазных приспособлений.
В отличие от людей животным пришлось нырять не только в воду, но и во всякие другие жидкие среды, где кислород мог совершенно отсутствовать, поэтому нередко единственным выходом было брать воздух извне. Примерно в таком же положении оказались паразиты, живущие в теле животных и растений.
Крохотная личинка одного из паразитических насекомых живет в теле крупной африканской саранчи. Проникает этот маленький хищник внутрь своей жертвы через одну из трахеальных трубочек дыхательного аппарата насекомого. Первое время личинка питается стенками своего помещения и быстро растет. Скоро ей становится тесно, и она, проделав в стенке трахеи отверстие, как бы ныряет в ткани хозяина. Но там нечем дышать, а личинке нужен воздух. И тогда она поступает, как ныряльщики на всех морях земного шара: заводит себе дыхательную трубку. Проделав в твердой хитиновой оболочке жертвы отверстие, она прикладывает к нему задний конец брюшка, из которого вскоре вырастает дыхательная трубка. Так, получая воздух через трубку, как водолаз через шланг скафандра, и живет личинка в теле саранчи. Дыхательная трубка понемногу растет, что позволяет личинке проникать все глубже и глубже. Трубка может стать раза в два длиннее самой личинки.
Легко растяжимый и очень длинный сифон, как настоящий водолазный шланг, имеют личинки еристалис. Живут они на дне водоемов, зарывшись в ил. Если водоем в этом месте очень мелок, личинки имеют возможность, не вылезая из ила, выставлять на поверхность воды свой шланг и преспокойно дышать.
Предки водяных насекомых были наземными животными. Переселение в воду иногда не влекло за собой никаких существенных изменений в их дыхательной системе. Дышат они только воздухом. Единственное приспособление к водной среде выразилось в способности делать запасы воздуха, как поступают аквалангисты, отправляясь в подводное странствие. У жуков плавунцов эти запасы помещаются под надкрыльями, а у гладышей на брюшке. Пузырьки воздуха удерживаются с помощью особых не смачиваемых водой волосков. Отверстия дыхательной системы находятся в местах прикрепления воздушных пузырьков; из этих резервуаров и черпают насекомые необходимый для жизни кислород.
То же самое относится и к паукам. Подавляющее большинство из них – характерные наземные животные, дышащие при помощи особых легочных мешков. Тем замечательнее единственный в нашей фауне перебежчик в водную стихию из этого отряда животных – водяной паук серебрянка. Тело его покрыто мелким несмачиваемым пушком. Когда паук погружается в воду, к пушку пристают мельчайшие пузырьки воздуха, покрывая все тело сплошной воздушной оболочкой. В воде эта оболочка блестит, и паук становится похож на живой шарик ртути. Кроме того, выставляя из воды кончик брюшка, паук забирает более крупный пузырек воздуха и, придерживая его задними лапками, отправляется в царство Нептуна.
Среди водных растений паук натягивает нити своей паутины точно так же, как это делают его наземные сородичи. Сначала паутина имеет плоский вид. Но по мере того как паук переносит под нее пузырьки воздуха, она начинает выпячиваться, принимая форму наперстка. Получается миниатюрный кессон. В этом кессоне и проводит большую часть жизни паук. Здесь же самка откладывает яички, из которых выводятся молодые паучата.
Сходство с аквалангом и кессоном чисто внешнее. Происходящие здесь процессы гораздо сложнее. Пузырьки воздуха, которые несут на себе насекомые, с одной стороны, являются запасными резервуарами, а с другой – помогают извлекать кислород из окружающей воды. Это приспособление даже получило специальное название – физические легкие.
В воде, как известно, растворены все газы, входящие в состав воздуха, в количестве, пропорциональном их концентрации в атмосфере. По мере того как насекомое дышит, концентрация кислорода в воздушном пузырьке уменьшается, и, когда станет меньше 16 процентов, в воздушный пузырек начинается диффузия кислорода, растворенного в воде. Таким образом, запас кислорода в пузырьке все время пополняется.
Если расход кислорода небольшой, например когда насекомое находится в состоянии покоя, физическое легкое может обеспечить потребность в кислороде в течение неограниченно долгого времени. Если же расход кислорода велик, диффузия его из воды не может своевременно восполнять потерю, процентное содержание кислорода в воздушном пузырьке резко уменьшается, а процентное содержание остальных газов (и в первую очередь азота) повышается и делается значительно большим, чем это обычно бывает в воздухе. Поэтому азот начинает растворяться в воде. Объем воздушного пузырька уменьшается за счет расхода части кислорода на дыхание и растворения азота в воде, насекомое вынуждено всплывать на поверхность для пополнения своих запасов.
Количество воздуха, которое насекомое может унести на себе, невелико, и, если бы не происходило пополнения запасов кислорода из воды, его хватало бы очень ненадолго. Это отчетливо проявляется в тех случаях, когда диффузия газов невозможна. Например, если поместить плавунцов и гладышей в кипяченую воду, они вскоре погибнут, так как в кипяченой воде нет никаких растворенных газов и, следовательно, пополнять запасы кислорода неоткуда.
То же самое произойдет, если посадить этих насекомых в воду, в которой растворен только кислород, и в качестве запаса дать тот же кислород в чистом виде. Запаса хватит не больше чем на полчаса, так как в таких условиях диффузия идти тоже не будет. Обычно же гладыши могут находиться в воде, не пополняя запаса воздуха 6 часов. Так благодаря диффузии кислорода из воды в воздушный пузырек продолжительность пребывания насекомых в воде без возобновления запаса воздуха увеличивается во много раз.
Мелкие насекомые, расход кислорода у которых невелик, могут очень долго не пополнять запас воздуха. Причем, оказывается, они не так страдают от уменьшения запасов кислорода, как от убыли из воздушного пузырька азота. Если водяного клопа посадить в воду, насыщенную кислородом, предварительно тонкой кисточкой убрав под водой воздушные пузырьки и заменив их пузырьками из чистого азота, то насекомые долгое время будут чувствовать себя нормально, так как в пузырек азота очень скоро из воды выделится достаточное для дыхания количество кислорода.
Некоторые насекомые не могут сами всплывать на поверхность за возобновлением запасов воздуха. На тюленях паразитирует несколько родственных между собой видов вшей, которые никогда не покидают своего хозяина и поэтому пополнять запасы воздуха могут только тогда, когда тюлень выходит из воды. В связи с этим они в разной степени приспособлены для длительного пребывания в воде. У видов, живущих на теле тюленя, грудь и брюшко покрыто широкими чешуйками, позволяющими удерживать большое количество воздуха. У видов, живущих только на голове тюленя, таких чешуек нет. Но им и не нужен большой запас, так как тюлень сам дышит воздухом и поэтому очень часто высовывает из воды голову.
Физическими легкими пользуется икра лабиринтовых рыб, для которой родителям приходится сооружать специальную постройку, так называемое гнездо. Оно строится из пузырьков воздуха, заключенных в слюнообразную жидкость. Окруженная лишь тонкой пленкой жидкости, икра, плавая среди воздушных пузырьков, получает достаточное количество кислорода. Убыль кислорода пополняется из воздуха.
Полиакант, живущий в более богатой кислородом среде, строит свои гнезда не на поверхности, а где нибудь под широким листом подводного растения, под камнем или корягой. Раз в воде есть кислород, физические легкие будут работать и на глубине. Интересно, что полиакант строит свое гнездо в любое время года, а не только в период размножения и пользуется им сам, дыша воздухом из гнезда. Это позволяет рыбе не подниматься на поверхность, где может подстерегать опасность, а оставаться у дна в густых зарослях растений, в завалах коряг. Полиакант забирает из своих кладовых воздух, богатый кислородом, а взамен для обогащения кислородом и очистки от углекислоты возвращает пузырек азота с примесью углекислого газа. Только когда в гнезде станет мало азота, полиакант поднимается на поверхность, чтобы пополнить свои запасы.
Читайте также: