ВЭ = ,где МОД – минутный объем дыхания, л, мл; ПО2 – потребление кислорода, л, мл. ВЭ в среднем в покое составляет 20 у.е., а при тяжелой мышечной работе возрастает до 35 у.е.3.2. Решение типовых задачЗадача 1. В выдыхаемом воздухе содержалось 16,5% О2 и 4,3% СО2. Определить величину дыхательного коэффициента (ДК) и калорического эквивалента кислорода.Дано: Решение:О2 = 16,5% 1) Определяем количество поглощаемого О2 в %: СО2 = 4,3 %______ 20,94 % – 16,5 % = 4,44 % О2,ДК -? КЭК - ? 2) Определяем количество выделяемого СО2 в %:4,3 % – 0,03 % = 4,27 % СО2. 3) Величину ДК определяем по формуле:ДК =ЕСО2/ ПО2ДК = = 0,96.По таблице 1 приложения № 2 находим КЭК, который равен 4,997 ккал/л О2.Ответ: ДК = 0,96; КЭК = 4,997 ккал/л О2.Задача 2. Рассчитать величину потребления кислорода (ПО2) и ДК, если объем выдохнутого воздуха равен 56 л/мин. В выдыхаемом воздухе содержится 4,0 % СО2 и 16,5 % О2.Дано: Решение:МОД = 56 л/мин 1) Величина поглощенного кислорода в % равна: СО2 = 4,0 % 20,94 % – 16,5 % = 4,44 %.О2 = 16,5 %________ 2) ПО2 находим методом составления и решения пропорции: ПО2 - ? ДК - ? Х л ПО2 – 4,44 % О2;56 л воздуха – 100 %ПО2 = = 2,5 л О23) Величина ДК определяется по формуле: ДК= = 0,9Ответ: ПО = 2,5 л О2; ДК = 0,9.Задача 3. Определить минутный объём дыхания у спортсмена, если известно, что величина жизненной ёмкости легких у него равна 4200 мл, резервного объёма вдоха – 1900 мл, резервного объёма выдоха – 1600 мл, а частота дыхания – 14 циклов в минуту.Дано: Решение:ЖЕЛ = 4200 мл 1) Находим величину ДО, так как МОД = ДО ЧД.РОвд = 1900 мл Величина ЖЕЛ составляет сумму трёх объёмов:РОвыд = 1600 мл ЖЕЛ = ДО + РО вд + РО выд., тогдаЧД = 14 цикл/мин___ ДО = ЖЕЛ – (РО вд + РО выд) = 4200 – (1900 + 1600) = 700 мл.
МОД - ? 2) Находим МОД:МОД = 700мл 14 ц/мин = 9800 мл/мин = 9,8 л/мин.Ответ: МОД = 9,8 л/мин.Задача 4. Спортсмен выполнял физическую нагрузку, при этом потребление кислорода составило 5 л, кислородный долг равен 75 %. Вычислите величину кислородного запроса проделанной работы.Дано: Решение:ПО2 = 5 л/мин 1) Кислородный запрос является суммой величин КД = 75% _______ кислородного долга и кислорода, потребляемого во время работы:КЗ - ? КЗ = КД + ПО2, отсюда:ПО2 = КЗ – КД = 100 % – 75 % = 25 %.2) Для вычисления величины кислородного запроса составляем пропорцию: 5 л О2 – 25 %Х КЗ – 100 %Х КЗ = = 20 л.Ответ: Кислородный запрос равен 20 л.Задача 5. У спортсмена при беге на короткую дистанцию кислородный запрос 7 л О2, кислородный долг составил 90 %. Определить объём потребленного кислорода во время бега и объём легочной вентиляции, если процент поглощенного кислорода составил 4,5 %.Дано: Решение:КЗ = 7 л О2 1) Величина кислородного долга: 7 л КЗ – 100 %;КД = 90% Х л – 90 %;О2 = 4,5%_________ПО2 - ? МОД - ? Х = = 6,3 л.2) Объём потреблённого кислорода во время бега: 7 л – 6,3 л = 0,7 л О2.3) Объём легочной вентиляции во время работы (МОД):0,7 л О2. – 4,5 %Х л (МОД) – 100 %Х л = = 15,6 л.Ответ: ПО2 = 0,7 л О2, МОД = 15,6 л.Задача 6. Рассчитайте потребление кислорода и вентиляционный эквивалент у спортсмена за минуту тестирующей нагрузки, если в начале минуты показание газового счётчика было 42 л, а в конце её – 97 л. Содержание кислорода в выдыхаемом воздухе составило 16 %.Дано: Решение:t = 1 мин 1) Величина МОД равна: 97 л – 42 л = 55 л в мин.МОД1 = 97 л 2) Процент поглощения кислорода (% О2 погл.):МОД0=42 л В атмосферном воздухе около 21 % кислорода, а в О2 выд = 16%____ - выдыхаемом – 16%, следовательно: % О2 погл. = 21 % – 16 % = 5 %.ПО2 - ? ВЭ - ? 3) Величина потребления кислорода (ПО2):ПО2 = 55 л/мин 5
10 = 2750 мл/мин = 2,75 л/мин.
4) Вентиляционный эквивалент (ВЭ):
ВЭ = 
= 20.
Ответ: При тестирующей нагрузке ПО2 составило 2,75 л/мин, а вентиляционный эквивалент – 20.
Задача 7. Определить величину потребления кислорода (ПО2) при тяжелой физической нагрузке при следующих известных данных: ДО составляет 2400мл, ЧД – 50 ц/мин.
Дано: Решение:
ДО = 2400 мл 1) Находим объём альвеолярной вентиляции:
ЧД = 50 цикл/мин_______ АВ = (2400 мл – 300 мл) 
50 ц/мин = 105 л/мин.
ПО2 - ? 2) Определим потребление О2 в минуту, учитывая, что при
тяжелой работе вентиляционный эквивалент составляет примерно 30-35л на 1 л О2:
33 л вентилируемого воздуха – 1 л О2
105л вентилируемого воздуха – Х л О2
Х л О2 = 
= 3,18 л/мин,
Ответ: ПО2 составляет 3,18 л/мин О2.
РАЗДЕЛ IV
ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
4.1.Краткие теоретические основы
Основные вопросы обмена веществ и энергии в организме подробно излагаются в курсе биохимии человека. Однако в связи с особой важностью этих вопросов для теории и практики физического воспитания и спорта обмену веществ и энергии уделяется много внимания и в курсе физиологии человека. При решении задач данного раздела необходимо уяснить, что обмены веществ и энергии теснейшим образом связаны между собой. Источником энергии в организме является расщепление сложных органических соединений на более простые. При этом происходит освобождение заключенной в них потенциальной энергии, которая может превращаться в механическую, электрическую и тепловую.
После окончания мышечной деятельности расход энергии некоторое время остается еще повышенным по сравнению с уровнем покоя. Это обуславливается химическими процессами в мышцах, главным образом связанными с окислением молочной кислоты и ликвидацией кислородного долга. Однако обмен веществ остается повышенным и после погашения кислородного долга. Это обусловлено остаточным возбуждением в центрах, влияющих на уровень внутриклеточного обмена веществ. Мышечная деятельность необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Количество энергии, затрачиваемое непосредственно на физическую работу, должно быть не менее 1200-1300 ккал в сутки. В связи с этим для лиц, не занимающихся физическим трудом и расходующих на мышечную деятельность меньшее количество энергии, физические упражнения особенно необходимы.
Справочный материал и формулы для расчета -
Основной обмен энергии пропорционален поверхности тела. Для взрослого человека (30 лет) он составляет 40 ккал на 1 м2 поверхности тела за 1 час или 1 ккал/кг/час, у детей от 7 до 15 лет – от 1,9 до 1,3 ккал/кг/час. Величина основного обмена взрослого составляет от 1400 до 1800 ккал и определяется по таблицам Гарриса-Бенедикта по данным веса, роста, возраста и пола. При повышении температуры тела на 1ºС основной обмен повышается на 5%.
-
Суточные энерготраты взрослого человека составляют от 2500 до 5000 ккал в зависимости от вида трудовой деятельности.
-
Энергетическая ценность 1 грамма белков и углеводов составляет 4,1 ккал, 1г жиров – 9,3 ккал.
-
При мышечной работе около 70-80 % энергии теряется в виде тепла.
-
Расход энергии (Е, ккал) вычисляется по формуле:
Е = ПО
2 КЭК t,где ПО
2 – объем поглощенного О
2, л; КЭК в ккал/1 л О
2 находится по величине ДК.
-
Коэффициент полезного действия представляет собой отношение механической энергии, затраченной на полезную работу, ко всей затраченной энергии (10-30 %)
где А – энергия, затраченная на полезную работу;Э – общие затраты энергии; е – основной обмен за период работы.
-
Удельная теплоёмкость ткани – это количество тепла, необходимое для повышения температуры тканей на 1ºС. У человека удельная теплоёмкость тканей тела в среднем равна 0,83 ккал/кг/1º С.
-
Количество пота, выделяющегося при физической работе, о котором можно судить по потере веса (исключая другие источники выделения), может служить мерой энергопотерь. При испарении 1л пота расходуется 580 ккал тепла.
-
Для целей практического использования при расчете энерготрат циклической деятельности можно пользоваться величиной ЧСС.
При ЧСС = 120-130уд/мин ПО
2 ≈ 50 % МПК;ЧСС = 140-150уд/мин ПО
2 ≈ 60-65 % МПК;ЧСС = 160 -170уд/мин ПО
2 ≈ 75-80 % МПК;ЧСС = 190уд/мин ПО
2 ≈ МПК.
4.2. Решение типовых задачЗадача 1. Определите энергетический расход за час, если известно, что калорический эквивалент кислорода равен 4,8 ккал/1 л О
2, а количество выдыхаемого СО2 равно 240 мл.Дано: Решение:t = 60 мин. 1) Из таблицы по величине КЭК находим ДК. Он равен 0,8.КЭК = 4,8 ккал/1 л О2 2) Количество потреблённого кислорода:Е СО2 = 240 мл____ ДК = ЕСО2/ ПО2 Е -? ПО2 = ЕСО2/ ДК = 300 мл3) Расход энергии: Е = 4,8 ккал/л 0,3 л 60 мин = 86,4 ккал.Ответ: за час израсходовано 86,4 ккал энергии.Задача 2. При выполнении мышечной работы на велоэргометре продолжительностью 20 минут были определены следующие показатели: ПО2, равное 3 л/мин, скорость выделения СО2, равная 2,7 л/мин. Требуется определить, сколько граммов жиров и углеводов было израсходовано за время работы.Дано: Решение:t = 20 мин 1) Соотношение между окисленными (с участием потребленногоПО2 = 3 л/мин ЕСО2 = 2,7 л/мин организмом кислорода) углеводами и жирами во время работы, m жира - ? m угл - ? рассчитывают при помощи дыхательного коэффициента (ДК).ДК = ЕСО2/ ПО2 ДК = = 0,92) Количество калорий, освобождающихся при потреблении 1 л О2, различно в зависимости от того, какие вещества окислились в организме, т.е. определенному ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода (КЭК). При ДК = 0,7 в организме окисляются только жиры, при ДК = 1,0 – только углеводы. При ДК = 0,9 окисляется 34 % жиров и 68 % углеводов (таблица 1 Приложения 2).3) Находим общую калорическую стоимость работы:Е = ПО2 КЭК t, где КЭК находим по таблице = 4,924 ккал/1л О2, отсюдаЕ = 3 л/мин 4,924 ккал/л 20 мин = 295,44 ккал4) Для того, чтобы узнать кислородную стоимость работы за счет жиров, составляем пропорцию:295,44 ккал – 100 %Х ккал – 34 %.Х = 100,45 ккал.