1 ГОРОДСКАЯ НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ – ЮГРА _____________________________________________________________________________ ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ КИСЛОРОДА И СОСТОЯНИЕ ДЫХАНИЯ У ШКОЛЬНИКОВ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ ФИЗИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ Научно-исследовательская работа Авторы: Авдеева Екатерина Олеговна Терзи Евгения Александровна ученицы 10 Б класса Муниципального общеобразовательного учреждения «Муниципальная общеобразовательная школа №3» Научный руководитель: Шакирова Альбина Айратовна учитель химии Муниципального общеобразовательного учреждения «Общеобразовательная средняя школа №3» Нягань 2013 2 Содержание 1. Аннотация………………………………………………………………………………..3 2. План исследования………………………………………………………………………4 3. Научная статья…………………………………………………………………………...6 4. Список литературы…………………………………………………………………......12 5. Приложение……………………………………………………………………………..13 3 «Изучение химической природы кислорода и состояния дыхания у школьников с различной степенью физической подготовки». Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна. Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань Муниципальное общеобразовательное учреждение «Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса. Аннотация Наша исследовательская работа направлена на популяризацию и повышение престижа здорового образа жизни, формирование новой политики здоровья в подростковой и молодежной среде, формирование готовности молодежи к социальнозначимой работе как внутриличностного механизма здорового и безопасного образа жизни через расширение сети школьных команд здоровья. Цель - выяснить, как влияет физическая подготовка на состояние дыхания школьников. В ходе наших исследований мы пришли к следующим выводам: 1. Все энергетические превращения в организме осуществляются при участии кислорода. В первую очередь на дефицит кислорода реагируют системы дыхания и кровообращения, обеспечивая рациональное перераспределение крови. 2. Состояния, при которых уменьшается количество кислорода в крови человека (в частности гипоксия), представляют собой патологические изменения в клетках и тканях организма. Причины, определяющие развитие кислородного голодания, различны, поэтому и сами гипоксические состояния по физиологическому механизму развития неоднородны. 3. Исследование дыхательных параметров (объема и частоты дыхания) позволяет объективно оценивать характер легочной вентиляции. Было отмечено, что глубокое и редкое дыхание создает лучшие условия для легочного газообмена. 4. В результате проведенного исследования было выявлено, что показатели внешнего дыхания у школьников – спортсменов значительно выше, чем у их сверстников, не занимающихся спортом. 4 «Изучение взаимосвязи состояния дыхания у школьников и степени физической подготовки». Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань Муниципальное общеобразовательное учреждение «Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса. План исследования Актуальность: Настоящей работой мы хотели обратить внимание на такую проблему как нехватка кислорода у подростков на севере. Наша исследовательская работа позволяет не только закрепить на практике теоретические знания учащихся о роли кислорода, но и увлечь как можно больше детей к занятию спортом. Гипотеза: Если заниматься спортом, то можно улучшить снабжение внутренних органов кислородом, а значит, сохранить и укрепить свое здоровье. Проблема: Кислород - важный фактор работоспособности и гармонического развития детского организма. Результаты мониторинга заболеваемости учеников нашей школы свидетельствуют о высокой частотности заболеваний ОРВИ, ОРЗ и других заболеваний дыхательных органов, что, по мнению медицинских работников, объясняется недостаточностью кислорода. Анализ посещаемости уроков физической культуры показал, что учащиеся пренебрегают физической нагрузкой. Цели исследования: выяснить, как влияет физическая подготовка на состояние дыхания школьников. Задачи: 1. Изучить химическую природу кислорода. 2. Изучить интенсивность внешнего дыхания у школьников с различной степенью физической подготовки. 3. Выявить причины плохого состояния внешнего дыхания школьников. В процессе исследовательской работы нами были использованы следующие методы исследования: Метод сравнения; Метод эксперимента; 5 Статистический метод. Объект исследования: здоровье. Предмет исследования: внешнее дыхание школьников 6 «Изучение химической природы кислорода и состояния дыхания у школьников с различной степенью физической подготовки». Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна. Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань Муниципальное общеобразовательное учреждение «Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса. Научная статья Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47,4 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %. Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы). 2HgO → 2Hg + O2↑. Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах. Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье. 7 Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида. Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона. Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье. При нормальных условиях кислород – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Температура кипения 183°C, тяжелее воздуха, плотность 1,43 г/см3. В 1л воды при нормальных условиях растворяется 0,04г кислорода. Как элемент, занимающий место в правом верхнем углу периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, кислород обладает ярко выраженными неметаллическими свойствами. Имея на наружном энергетическом уровне шесть электронов, атом кислорода может перейти к предельно заполненной 8-й электронной оболочке (условие максимальной химической устойчивости), присоединив 2 электрона. Поэтому в реакциях с другими элементами (кроме фтора) кислород проявляет исключительно окислительные свойства. Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно, кроме галогенов, золота и платины. Скорость реакции кислорода, как с простыми , так и со сложными веществами зависит от природы веществ, температуры и других условий. Такой активный металл, как цезий, самовозгорается в кислороде воздуха уже при комнатной температуре. С фосфором кислород активно реагирует при нагревании до 60˚С, серой - до 250˚С, с водородом – более 300˚С, с углеродом (в виде угля и графита) - при 700 - 800˚С: 4P + 5O2 = 2P2O5; S + O2 = SO2 2H2 + O2 = 2H2O C + O2 = CO2 8 Горение водорода в кислороде протекает по цепному механизму. Эта реакция начинается с образования активных нестабильных частиц - свободных радикаловносителей неспаренных электронов: H2 + O2 = ·OH + ·OH (зарождение цепи) Радикалы ·ОН легко реагируют с молекулой Н2: ·ОН + Н2 = Н2О + Н· Атом водорода реагирует далее с молекулой О2 с образованием вновь радикала ·ОН и атома кислорода и т. д. Эти элементарные акты способствуют развитию цепи. При горении сложных веществ в избытке кислорода образуются оксиды соответствующих элементов: 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 Рассмотренные реакции сопровождаются выделением, как теплоты, так и света. Такие процессы с участием кислорода называются горением. Кроме указанного типа взаимодействия, имеют место и такие, которые сопровождаются выделением только теплоты, а свет не выделяется. К ним, прежде всего, следует отнести процесс дыхания. Кислород является жизненно необходимым фактором для организма. Без его присутствия в воздухе не могут обходиться ни растения, ни животные, ни человек. Если без воды и пищи человек может жить в течение нескольких дней, то вот нехватка кислорода в течение трех минут приводит уже к плачевным результатам. Кислород, который находится в воздухе, поступает в организм через органы дыхания и через поры, которые в большом количестве находятся на коже. Благодаря чему организм буквально «купается» в воздухе. К сожалению, развитие промышленности привело к тому, что ощущается острая нехватка кислорода, поскольку снизилось многократно количественное присутствие его в воздухе. Недостаток кислорода в воздушной среде приводит к недостаточному поступлению его к тканям организма. Основные симптомы дефицита кислорода: - отставание в развитии и снижение успеваемости детей в школе - слабость - быстрая утомляемость - плохой сон - снижение памяти - головные боли - частые инфекции 9 - агрессивные и депрессивные состояния Физическое здоровье человека – это не только отсутствие болезней, но и предельный уровень физической подготовленности и функционального состояния организма. Основным критерием физического здоровья человека следует считать его энергопотенциал, т.е. возможность потреблять энергию из окружающей среды, накапливать ее и мобилизовать для обеспечения физиологических функций. Чем больше организм может накопить энергии, а также чем эффективнее ее расходование, тем выше уровень физического здоровья человека. Так как доля аэробной (с участием кислорода) энергопродукции является преобладающей в общей сумме энергетического обмена, то именно максимальная величина аэробных возможностей организма является основным критерием физического здоровья человека и жизнеспособности. Из физиологии известно, что основным показателем аэробных возможностей организма является величина потребляемого кислорода в единицу времени (максимальное потребление кислорода – МПК). Всем мышцам организма для работы необходим кислород. Если вы перенапряглись, они реагируют, и у нас возникает мышечная боль. Спортсменам это хорошо знакомо: интенсивность физических упражнений должна быть соответствующей, иначе становится больно. Если упражнение настолько тяжелое, что при дыхании не поступает достаточно кислорода, — выходит из равновесия и приток кислорода в мышечные клетки. Углеводы расщепляются не полностью, с образованием молочной кислоты. При достижении значения 2 миллимоля молочной кислоты на 1 л крови глюкоза расщепляется аэробно, то есть при помощи кислорода. Это называется аэробным порогом. Выше этого порога количество кислоты в крови при нагрузке продолжает расти, мышцы перенасыщаются кислотой и тренировку приходится прекращать. Повысить физическую активность организма на 20% возможно при подаче дополнительного кислорода, когда во время занятий спортом вдыхаемый воздух содержит 23% кислорода, а не 20,5%, как практически в любом спортивном зале. В связи с этим мы провели ряд измерений, обратившись в городскую детскую поликлинику. В исследованиях принимали участие школьники-добровольцы, не занимающиеся спортом и школьники – спортсмены в возрасте 13-15 лет. Общее число обследованных – 50 человек (Приложение 1). Для определения показателей внешнего дыхания у обследуемых измерялись дыхательный объем, жизненная емкость легких и общая емкость легких. 10 Дыхательный объем (ДО) – объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при дыхательном цикле. Он определяется путем деления минутного объема дыхания на число дыханий в минуту. Величина ДО зависит от возраста, физического развития и жизненной емкости легких. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Она измеряется с помощью спирометра или спирографа. Величина жизненной емкости легких нарастает с возрастом. По Н. А. Шалкову, средние данные в возрасте 4-6 лет составляют 1100-1200 мл, увеличиваясь к 13-15 годам до 2100-3200 мл. У мальчиков жизненная емкость легких больше, чем у девочек. Рекомендуется оценивать этот показатель исследуемого лица путем сравнения с должно жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ). Предложены различные формулы определения должно жизненной емкости легких: ДЖЕЛ=(27,63-0,112*возраст)*рост стоя (для лиц мужского пола); Или (21,78-0,101*возраст)*рост стоя(для лиц женского пола). Снижение жизненной емкости легких наблюдается у детей при острых пневмониях и хронических заболеваниях органов дыхания. Оно прогрессирует по мере нарастания дыхательной недостаточности. Жизненная емкость легких снижается при заболеваниях сердечно - сосудистой системы, при ограничении подвижности грудной клетки, диафрагмы. У детей данный показатель увеличивается при занятии спортом. Общая емкость легких (ОЕЛ) – количество воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха. Рассчитывается после определения остаточного объема и жизненной емкости легких. Зависит от составляющих ее легочных объемов. Общая емкость легких увеличивается с возрастом у детей. Результаты исследования показателей внешнего дыхания представлены в таблице: Контингент обследуемых Дыхательный объем, л Жизненная легких (ЖЕЛ), л Школьники 0,18 – 0,24 0,46 - 2,2 0,19 – 0,32 0,56 – 2,8 нетренированные Школьники спортсмены емкость 11 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: Занятия спортом оказывают положительное влияние не только на физическое развитие, но и формируют личность в целом. Дети, занимающиеся спортом, воспитывают у себя такие черты характера, как выдержка, сила воли, дисциплинированность, смелость, настойчивость и самообладание. Они дорожат временем. В спортивной команде ценят честность, преданность, чуткость, взаимовыручку. И каким бы талантливым ни был спортсмен, он станет изгоем в команде, если не воспитает в себе эти качества. В ходе наших исследований мы пришли к следующим выводам: 1. Все энергетические превращения в организме осуществляются при участии кислорода. В первую очередь на дефицит кислорода реагируют системы дыхания и кровообращения, обеспечивая рациональное перераспределение крови. 2. Состояния, при которых уменьшается количество кислорода в крови человека (в частности гипоксия), представляют собой патологические изменения в клетках и тканях организма. Причины, определяющие развитие кислородного голодания, различны, поэтому и сами гипоксические состояния по физиологическому механизму развития неоднородны. 3. Исследование дыхательных параметров (объема и частоты дыхания) позволяет объективно оценивать характер легочной вентиляции. Было отмечено, что глубокое и редкое дыхание создает лучшие условия для легочного газообмена. 4. В результате проведенного исследования было выявлено, что показатели внешнего дыхания у школьников – спортсменов значительно выше, чем у их сверстников, не занимающихся спортом. Таким образом, в результате исследования удалось подтвердить ранее сформулированную гипотезу: Если заниматься спортом, то можно улучшить снабжение внутренних органов кислородом, а значит, сохранить и укрепить свое здоровье. Две тысячи лет назад, древние греки выбили на камне: Хочешь быть здоровым – бегай Хочешь быть красивым – бегай Хочешь быть умным - бегай 12 Список литературы 1. Белов В.И. Энциклопедия здоровья. Молодость до 100 лет – М.: Химия, 2000. 2. Динейка К.В. Движение, дыхание, психофизическая тренировка. – М.: Физкультура и спорт, 2001. 3. Коростовцева, Н.В. О механизмах повышения устойчивости организма. – М,. 2005 4. Морозов Н.Ф. Законы природы и здоровье человека. – М.: Прометей, 1999. 5. Шварц В.Б., Хрущев С.В. Медико-биологический аспект спортивной ориентации и отбора. – М.: Физкультура и спорт, 2000. 6. http://project.1september.ru/work.php?id=576293 7. http://priroda.inc.ru/himij/himiy0.shtml 13 Приложение 1 14