Проект "Изучение показателей, характеризующих работу сердца человека" (работа ученицы 9 класса)

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Видновская СОШ № 2»

Тема: «Изучение показателей, характеризующих работу сердца человека»

Митрофанская Елизавета Валентиновна

обучающаяся 9 класса «Б»

МБОУ «Видновская СОШ 2»

г. Видное

Руководитель:

Кузякина Оксана Георгиевна

учитель биологии

г. Видное, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

I. ВВЕДЕНИЕ

Сердце – это один из главных органов. От того, насколько сердце является здоровым, зависит, и, здоровье человека. А ещё сердце можно назвать основным органом, при помощи которого человек описывает свои чувства. Например, про доброго и щедрого человека говорят: «У него золотое сердце», когда любят – «Люблю всем сердцем», когда что-то нравится – «Смотрю, и сердце радуется».

При изучении внутреннего строения человека меня заинтересовал вопрос о работе сердца. Часто работа сердца воспринимается как что-то естественное.

Актуальность исследования.

Современные врачи обеспокоены количеством сердечных заболеваний. По данным статистики болезнями сердца и сосудов в России страдают более 23 миллионов человек. Сердечно-сосудистые заболевания все еще остаются первой по статистике причиной смертей в России – 46% граждан погибают именно от них. Все же стоит отметить, что данный показатель на 30% меньше, чем за аналогичный период 10 лет назад. Статистические данные опубликованы на сайте Минздрава как итоговые показатели работы 2018 года.

Я с пяти лет занимаюсь танцами и обратил внимание на то, что у ребят, только что пришедших на занятия и у тех, кто в течение ряда лет занимаются танцами, после тренировок разное состояние в дыхании и цвете кожи лица. Мне хочется сказать, что мы обычно не думаем о том, что происходит у нас внутри организма. Не придаём серьёзного значения тому, что помогает нам жить и выполнять физические нагрузки. При этом изучение, как влияют физические нагрузки на работу сердца, является актуальным, что и послужило основанием для формулировки цели моего исследования.

Целью исследования является определение и расчет показателей, характеризующих работу сердца человека.

Задачи исследования:

1. Изучить внешний вид, строение и работу сердца человека.

2. Изучить, как изменяется работа сердца под влиянием как внутренних, так и внешних нагрузок.

3. Определить, какие показатели в практической деятельности используются для оценки сердечно-сосудистой системы человека.

4. Научиться рассчитывать следующие показатели: Систолический объем сердца (мм) по формуле Старра, Минутный объем сердца (л), Коэффициент экономичности кровообращения.

5. Рассмотреть основные правила и разработать памятку «Как сохранить сердце здоровым».

Объект исследования: физиологическое состояние человека через состояние сердечно - сосудистой системы.

Предмет исследования: влияние внешних факторов на состояние сердечно - сосудистой системы человека.

Гипотеза исследования: Частота сердечных сокращений является основным показателем состояния сердечно-сосудистой системы и изменяется под влиянием как внутренних, так и внешних нагрузок.

Методы исследования:

1. Изучение научной литературы.

2. Измерение

3. Эксперимент (определение систолического объема сердца по формуле Старра, показателя минутного объема сердца и коэффициента экономичности кровообращения).

4. Анализ полученных результатов.

Работая над исследованием я узнал, что ежегодно 29 сентября отмечается Всемирный день сердца (World Heart Day), который впервые был организован в 1999 году по инициативе Всемирной федерации сердца.

В программу Дня сердца входят массовые проверки здоровья, публичные лекции, спектакли, выставки, концерты, фестивали, организованные прогулки и спортивные состязания.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Строение сердца человека

История науки о сердце началась в 1628 году, когда английским медиком Уильямом Гарвеем были открыты законы кровообращения. Этот год считается годом возникновения научной кардиологии – это наука о строении сердца и сосудов.

Слово «сердце» происходит от слова «середина». Сердце находится в середине между правым и левым лёгкими и лишь слегка смещено в левую сторону (ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1.)

Сердце – это конусообразный полый мышечный орган.

Сверху сердце покрыто тонкой и плотной оболочкой, образующей околосердечную сумку. Между эпикардом и сердечной сумкой находится полость, заполненная жидкостью, которая увлажняет сердце и уменьшает трение при его сокращениях.

Сердце человека четырёхкамерное. Сплошная перегородка делит сердце на две части – левую – артериальную и правую – венозную.

Каждая часть состоит из двух отделов: предсердия и желудочка. Предсердия и желудочки соединяются между собой створчатыми клапанами: в левой части двухстворчатый, а в правой – трёхстворчатый. Со стороны клапанов, обращенных в полость желудочков, имеются специальные сухожильные нити. Эти нити удерживают клапаны и не дают им прогибаться в сторону предсердий. Вот таким образом створчатые клапаны обеспечивают ток крови в одном направлении – из предсердий в желудочки.

Между левым желудочком и отходящей от него аортой, а также между правым желудочком и отходящей от него лёгочной артерией тоже имеются клапаны. Из-за своеобразной формы створок они названы полулунными. Клапаны обеспечивают ток крови только в одном направлении – из желудочков в аорту и легочную артерию.

Поражение клапанов инфекцией (осложнения гриппа, ангины) приводят к возникновению воспалительных рубцов, спаек и клапаны пропускают кровь в обратном направлении – это приобретенные пороки сердца. Поэтому во время болезни необходимо соблюдать щадящий режим и разумные физические нагрузки.

Частота сокращений сердца (пульс) или число ударов в минуту – это показатель работы сердца.

У мужчин сердце бьётся 70 ударов в минуту.

- У женщин – 80 ударов в минуту.

- У ребёнка в возрасте от 8 до 10 лет сердце бьётся 88 или 90 ударов в минуту.

- Быстрее всего сердце бьётся у малышей в возрасте до 1 года. Сердце делает от 100 до 150 ударов в минуту.

Сердечная мышца не похожа на остальные мышцы организма. Она работает без ОСТАНОВКИ. За все время жизни человека сердце сокращается более 2,5 миллиардов раз. За час сердце перекачивает, примерно, 350 литров крови.

Для выполнения ритмичной работы, сердце требует доставки большого количества питательных веществ и кислорода, которые он получает с кровью. Поэтому в сердце идет интенсивный обмен веществ, в результате которого освобождается энергия, необходимая для его работы.

2.2. РОЛЬ СЕРДЕЧНО - СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Для нормальной работы нашего организма важно, чтобы каждой клеточке доставлялись в необходимом ей объеме питательные вещества и кислород, а также обеспечивался вывод уже отработанных веществ. Сердечно - сосудистая система принимает на себя большую часть этих функций, а значит, от ее состояния зависит здоровье человека. Кровеносная система (вместе с лимфой) являются одной из транспортных систем для иммунных клеток, они отвечают за защиту организма от болезней.

Сердечно - сосудистая система – одна из важнейших систем человеческого организма. Она выполняет следующие основные функции:

1) транспортную (транспортировку питательных веществ, газов, гормонов и продуктов метаболизма к клеткам и из клеток);

2) защитная (защиту от вторгающихся микроорганизмов и чужеродных клеток);

3) терморегуляции (регуляцию температуры тела).

Изменения в функционировании сердечно - сосудистой системы имеют далеко идущие последствия. Заболевания сердечно - сосудистой системы являются одним из главным фактором риска, приводящих к летальному исходу.

III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. описание исследования

Частота сердечных сокращений является основным показателем состояния сердечно-сосудистой системы. Она изменяется под влиянием как внутренних, так и внешних нагрузок. Например, при изменении температуры окружающей среды частота пульса меняется. Повышение температуры вызывает увеличение частоты сердечных сокращений, понижение – уменьшение. Эмоции, как правило, приводят к резкому учащению ритма сердечной деятельности.

Существенным фактором, обеспечивающим все органы и ткани питательными веществами и кислородом, является ударный и минутный объем крови.

Ударный объем крови – количество крови, выбрасываемое сердцем при систоле обоих желудочков.

Минутный объем крови (минутный объем сердца) – объем количества крови, выбрасываемого в 1 минуту желудочками (учитывается в литрах).

В практической деятельности для оценки эффективности кровоснабжения организма пользуются расчетом минутного объема крови, определяя его величину по данным кровяного давления и частоты пульса. Для этого используется формула Старра.

Систолический объем сердца (СО) в миллиметрах по формуле Старра вычисляется следующим образом:

СО = 90,97 + (0,54*ПД) – (0,57*ДД) – (0,61*В),

где ПД – пульсовое давление – величина, равная разнице между верхним (систолическим) и нижним (диастолическим) давлением в миллиметрах ртутного столба;

ДД – диастолическое давление в миллиметрах ртутного столба;

В – возраст, полных лет.

Минутный объем сердца (МО) в литрах равен произведению систолического объема на частоту пульса. Т.е. определяется по формуле:

МО = СО*ЧСС,

где ЧСС – частота сердечных сокращений.

Расчетное значение показателя по формуле измеряется в миллилитрах, необходимо полученный результат перевести в литры.

Н.А. Романцева модифицировала формулу Старра, так как величина минутного объема сердца у детей от 8 до 14 лет, вычисленная по формуле Старра, значительно превышала величину минутного объема, полученную прямыми измерениями. Видоизмененная формула имеет следующий вид:

Систолический объем сердца (СО):

СО = 80 + (0,5*ПД) – (0,6*ДД) – (2*В).

Минутный объем сердца (МО):

МО = СО*ЧСС.

При мышечной деятельности отмечается значительное увеличение частоты сердечных сокращений. Частота сердцебиений во время работы и после ее окончания увеличивается и может достигать до 200 ударов в минуту.

Величина прироста частоты сердечных сокращений при интенсивной мышечной деятельности с возрастом увеличивается.

Время восстановления частоты сердечных сокращений при одинаковой нагрузке в старших возрастах по сравнению с младшими значительно уменьшается.

Коэффициент экономичности кровообращения (КЭК) вычисляется следующим образом:

КЭК = ПД * ЧСС,

где ПД – пульсовое давление – величина, равная разнице между верхним (систолическим) и нижним (диастолическим) давлением в миллиметрах ртутного столба;

ЧСС – частота сердечных сокращений.

Коэффициент экономичности кровообращения характеризует затраты организма на передвижение крови. При утомлении коэффициент экономичности кровообращения увеличивается.

3.2. ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИя: определение важнейших показателей работы сердца

Для решения поставленных задач я решил научиться определять и рассчитывать важнейшие показатели работы сердца человека и сравнить их у разных людей.

Для этого мне понадобилось оборудование:

- Тонометр

- Секундомер (если на тонометре отсутствует функция определения пульса)

- Калькулятор (или компьютер с установленным приложением Microsoft Excel (программа для работы с электронными таблицами))

Описание исследования:

1) Рассчитать показатели систолического объема сердца по методу Старра.

2) Рассчитать минутный объем сердца.

3) Рассчитать коэффициент экономичности кровообращения.

4) Анализ результатов исследования.

Исследуемые показатели:

При выполнении расчётов было сделано 3 повторных измерения и вычислен средний показатель, представленный в расчётах.

Я занимаюсь хореографией с пяти лет. В ходе выполнения исследования я, прежде всего, измерил и рассчитал:

1) Свои собственные показатели до выполнения танцевальной программы;

2) Свои собственные показатели после выполнения танцевальной программы;

Также при проведении исследования я выяснил:

3) Показатели у подростка (который не занимается профессионально танцами или спортом) 13 лет без физической нагрузки;

4) Показатели у подростка (который не занимается профессионально танцами или спортом) 13 лет после физической нагрузки;

5) Показатели у мужчины в возрасте 39 лет, который не курит;

6) Показатели у мужчины в возрасте 39 лет, который курит (до выкуривания сигареты);

7) Показатели у мужчины в возрасте 39 лет, который курит (после выкуривания сигареты).

У всех, кто принимал участие в исследовании, я измерил артериальное давление и пульс.

Исходные данные для удобства выполнения расчетов я представил в таблице 1 (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.1)

Расчет систолического объема сердца (СО) в миллиметрах по формуле Старра:

СО = 90,97 + (0,54*ПД) – (0,57*ДД) – (0,61*В).

Расчет систолического объема сердца (СО) для возрастной группы от 8 до лет по модифицированной формуле Старра (Н.А. Романцева):

СО = 80 + (0,5*ПД) – (0,6*ДД) – (2*В).

Расчет минутный объем сердца (МО) по формуле:

МО = СО*ЧСС.

Коэффициент экономичности кровообращения (КЭК) по формуле:

КЭК = ПД * ЧСС,

Результаты расчета показателей представлены в таблице 2 (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.2) и таблице 3 (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.3).

Графически показатель минутный объем сердца (МО, литры) представлен на диаграмме – рисунок 1 (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.4.).

Прежде чем приступать к выводам, стоит отметить, что существуют определенные ориентиры зависимости артериального давления от возраста. Они представлены далее в таблице 4 (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.5.)

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1) У всех, кто принимал участие в исследовании, артериальное давление находилось в пределах допустимых значений соответствующих возрасту, на основании чего можно сделать вывод, что все исследуемые здоровы.

2) Анализируя показатели давления, стоит сказать, что в покое пульсовое давление у всех участников исследования составляло 30 ± 2,7 и 40 ± 2,6 мм рт. ст., что соответствует физиологически нормальной величине. Так же стоит отметить, что в ходе наблюдения у исследуемых групп диастолическое давление не изменялось.

Под влиянием физических нагрузок и курения изменялось систолическое давление. У меня после выполнения танцевальной программы систолическое давление увеличилось на 11 мм рт. ст. У моего сверстника после физической нагрузки систолическое давление увеличилось на 25 мм рт. ст, что говорит о том, что регулярная нагрузка на сердце стабилизирует давление. Так же у курящего мужчины после выкуривания сигареты систолическое давление увеличилось на 20 мм рт. ст. Следовательно, можно сделать вывод, что физическая нагрузка и курение повышают систолическое давление.

3) Пульс человека увеличивается в результате физических нагрузок и после курения. У меня после выполнения танцевальной программы пульс составил 98 ударов в минуту, что на 23 удара больше, чем до выполнения программы (до нагрузки 75 ударов).

У моего сверстника после физической нагрузки пульс составил 102 удара в минуту, что на 26 ударов больше, чем до физической нагрузки (до нагрузки 76 ударов).

У некурящего человека пульс 73 удара в минуту. У курящего человека, до выкуривания сигареты пульс составил 75 ударов в минуту, что на 2 больше, чем у некурящего. После выкуривания сигареты пульс увеличился на 9 ударов и составил 84 удара.

Следовательно, можно сделать вывод, что физическая нагрузка и курение повышают нагрузку на сердце. У курящего человека под воздействием никотина снижается эффективность работы сердца.

Согласно данным, которые приводи Минздрав, при выкуривании одной сигареты, на протяжении 30 минут и более, на 15 %повышается давление и на 20 ударов в минуту учащается пульс.

Правильность выводов подтверждается результатами исследования показателя минутного объема сердца.

4) После физических нагрузок показатель минутного объема сердца увеличивается. Следовательно: повышенная физическая активность увеличивает нагрузку на сердце.

5) У меня после физической нагрузки (выполнения танцевальной программы) на 0,03 л выше, чем у моего сверстника после физической нагрузки (у меня после физической нагрузки 3,5 л, у сверстника – 3,47 л). На основании этого можно сделать вывод, что физическая нагрузка повышает показатель минутный объем сердца, но на разную величину у тренированного и не тренированного человека.

6) У курящего мужчины до выкуривания сигареты минутный объем сердца составляет 3,25 л. После выкуривания сигареты минутный объем сердца увеличился до 4,55 л (увеличение составило 1,3 л).

Увеличение показателя минутного объема сердца происходит и в результате курения. Следовательно: никотин увеличивает нагрузку на сердце.

По данным медицинской энциклопедии в норме величина минутного объема, по данным механокардиографического метода, колеблется в пределах от 2 до 6 л. В среднем нормальная величина минутного объема в покое составляет от 2-2,5 л до 5,5 л.

По данным других авторов, величина минутного объема составляет от 3 л до 5 л и от 6 л до 8 л. При интенсивных физических и других нагрузках минутный объем сердца может достигать до 18 л, 28 л и даже 30 л. Такие максимальные значения возможны у профессиональных спортсменов во время интенсивных длительных тренировок. Так же максимально высокое значение минутного объема возможно у людей, которые злоупотребляют вредными привычками (например, у людей, которые единовременно могут выкуривать более 5 сигарет).

7) Величина минутного объема сердца с возрастом повышается.

8) Коэффициент экономичности кровообращения (КЭК) в норме составляет 2500 3000. В норме показатель равен 2066-2700.

У меня до выполнения танцевальной программы КЭК составлял 2625, (ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.3), что соответствует нормальному значению. После выполнения танцевальной программы данный показатель увеличился и составил 4508.

У моего сверстника без физической нагрузки КЭК = 2660, что соответствует нормальному значению. После выполнения физической нагрузки КЭК увеличился и составил 5100.

В результате физической нагрузки КЭК увеличился у меня меньше, чем у моего сверстника. КЭК увеличивается при утомлении. Следовательно, можно сделать вывод, что физические нагрузки одинаковой интенсивности утомляют тренированного человека меньше, чем не тренированного.

Так же у курящего мужчины после выкуривания сигареты КЭК выше, чем до выкуривания сигареты и больше, чем у некурящего. Следовательно, можно сделать вывод, что курение (влияние никотина на организм) приводит к утомлению сердца человека.

Iv. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работая над исследованием, я узнал, что 2015 год в России был объявлен годом борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Изучая литературу по вопросу «Как сохранить сердце здоровым?» пришёл к выводу, что необходимо:

1. Правильное питание

1.1. Для хорошей работы сердца полезны чёрный хлеб, гречневая и овсяная каши.

1.2. Для сердца хороши свежие фрукты. Летом нужно есть как можно больше яблок, груш, слив и ягод.

1.3.Все ягоды тёмного цвета (черника, ежевика, смородина) питают сердце.

1.4. Полезен для сердца гранатовый сок.

2. Занятия спортом и здоровый образ жизни

2.1. Самый простой способ укрепить здоровье сердца – ходьба. Делать это нужно спокойным шагом, проходя три тысячи шагов в день.

2.2. Для работы сердца полезно кататься на велосипеде, роликовых коньках и на лыжах.

2.3. И самое главное! – не иметь вредных привычек, например курение.

3. Домашние любимцы

Оказывается!!! Наукой установлено, что перенесшие тяжелые сердечные заболевания люди, у которых есть домашние питомцы, живут дольше! Поэтому, советую завести домашнего питомца.

По результатам исследования я составил памятку «Как сохранить сердце здоровым?», которую можно использовать для проведения классных часов и факультативных занятий у учеников средних классов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1.

Расположение сердца в грудной клетке.

Строение сердца человека изнутри

Сердце взрослого человека весит, примерно, 300 грамм (это как 2-3 яблока).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.1.

Таблица 1

Показатели исходных данных работы сердца

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.2.

Таблица 2

Расчет показателей систолического и минутного объемов сердца

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.3.

Таблица 3

Расчет коэффициента экономичности кровообращения (КЭК)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.4.

Рис. 1

Минутный объем сердца (МО, литры)

Условные обозначения:

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2.5.

Таблица 4

Зависимость артериального давления от возраста.

(составлено по данным медицинской энциклопедии)

19