Физиология дыхания - Рабочая программа дисциплины - 06.03.01. Биология - Направления подготовки

Закреплена за кафедрой	Кафедра зоологии и физиологии
Направление подготовки	06.03.01. Биология
Профиль	Физиология
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	3 ЗЕТ
Учебный план	06_03_01_Биология-34-2017

Курс (семестр)	4 (7)	Итого
Недель	19
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	20	20	20	20
Лабораторные	24	24	24	24
Сам. работа	64	64	64	64
Итого	108	108	108	108

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	Ознакомить студентов с современными представлениями о структурно-функциональных особенностях системы дыхания

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.09

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

СПК-7	способностью применять теоретические знания о структурной и функциональной организации и механизмах гомеостатической регуляции организма человека в норме и патологии
СПК-8	способностью использовать современное оборудование и методы для выполнения научных и клинико-диагностических исследований
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	Закономерности функционирования организма, его отдельных систем, органов тканей и клеток, теоретические основы и базовые представления физиологических наук о структурной и функциональной организации биологических объектов, основные современные теоретические и метологические подходы к изучению физиологии дыхания. Приборы, используемые для оценки функционального состояния организма человека, методы физиологических исследований системы дыхания, основные методологические подходы к изучению физиологии дыхания.
3.2.	Уметь:
3.2.1.	Оценить функциональное состояние организма, интерпретировать результаты физиологического исследования, анализировать информацию физиологического характера и осуществлять физиологический эксперимент с участием человека на основе гуманистических принципов. Самостоятельно работать с приборами, применять современную аппаратуру и оборудование для работы с биологическими объектами в условиях производства и в лабораторных условиях, понимать, излагать и критически анализировать биологическую информацию и представлять результаты лабораторных исследований
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	основными методами исследования функционального состояния, самостоятельно работать с приборами, основными физиологическими методами анализа и оценки состояния функциональных систем человеческого организма. Методами физиологических исследований, методами получения, обработки, анализа и синтеза лабораторной биологической информации, навыками применения принципов составления научно-технических отчетов, навыками в области организации и управления при проведении научно-исследовательских и производственных биологических работ.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Семестр	Часов	Компетенции	Литература
Раздел 1. ФИЛОГЕНЕЗ ФУНКЦИИ ДЫХАНИЯ
1.1.	Вода и воздух как дыхательная среда. Особенности дыхания в этих средах. Три основные системы газообмена в воздушной среде. «Прямое дыхание» (непосредственная диффузия газов), «непрямое дыхание» (специализированные системы дыхания и циркуляции). Три основных механизма газообмена в воздушной среде. Дыхание водных и наземных беспозвоночных, воднодышащих и воздуходышащих, пойкилотермных позвоночных животных.	Лекции	7	4	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
1.2.	Регуляция дыхания и дыхательное поведение гомойотермных позвоночных животных. Физиологическое значение эволюционных изменений системы дыхания	Сам. работа	7	10	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 2. МЕХАНИКА ДЫХАНИЯ
2.1.	Основные и вспомогательные инспираторные и экспираторные мышцы, особенности их иннервации. Эластические свойства легких: кривая давление-объем, ее значение для оценки работы, затрачиваемой на движение легких. Факторы, определяющие кривую давление-объем: растяжимость легких, поверхностное натяжение, кровенаполнение легких. Способы определения эластических свойств легких. Упругие свойства грудной клетки.	Лекции	7	2	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
2.2.	Исследование биомеханики дыхания методом спирографии	Лабораторные	7	4	СПК-8	Л2.1, Л1.3, Л3.1, Л1.1
2.3.	Причины регионарных различий вентиляции легких. Основные структуры и факторы, определяющие сопротивление воздухоносных путей. Работа дыхания по преодолению эластического и неэластического соротивления.	Сам. работа	7	10	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 3. ГАЗООБМЕН И ЕГО РОЛЬ В ПОДДЕРЖАНИИ ГОМЕОСТАЗА
3.1.	Роль конвекции и диффузии в доставке кислорода к клеткам. Состав альвеолярного газа. Роль легочной вентиляции в обновлении альвеолярного газа. Экспираторные и инспираторные вспомогательные дыхательные мышцы. Коэффициент полезного действия дыхательных мышц, его значение. Легочные объемы и емкости. Их значения для диагностики заболеваний органов дыхания. Вентиляторно-перфузионный коэффициент оценки эффективности газообмена. Диффузия газов между альвеолами и кровью.	Лекции	7	4	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
3.2.	Спирометрия.	Лабораторные	7	4		Л3.1
3.3.	Факторы, определяющие эффективность легочного газообмена. Кровь как жидкостная фракция внутренней дыхательной среды. Функциональная система поддержания оптимальных величин дыхательных показателей кислотно-щелочного равновесия, напряжения кислорода и углекислого газа организма.	Сам. работа	7	10	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 4. АВТОНОМНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ЛЕГОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ И ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
4.1.	Три основных элемента системы регуляции дыхания: рецепторы, центральный регулятор, эффекторы (дыхательные мышцы). Принципы автономного управления системы дыхания: управление по отклонению и управление по возмущению. Современные представления о центральном генераторе дыхания: типы дыхательных нейронов, их локализация в ЦНС, свойство автоматизма. Роль рефлексов с центральных (бульбарных) и периферических хемочувствительных зон в процессе регуляции дыхания и кровообращения, их координация и значение для поддержания гомеостаза. Специфические стимуляторы дыхания центральных и периферических хемочувствительных зон.	Лекции	7	4	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
4.2.	Определение минутного объема дыхания в покое и при физической нагрузке	Лабораторные	7	6	СПК-8	Л2.1, Л1.3, Л3.1, Л1.1
4.3.	Хеморецепторный контур регуляции соответствия легочной вентиляции и интенсивностью метаболизма. Эндокринные механизмы легочной вентиляции. Роль рефлексов с механорецепторов легких и воздухоносных путей и проприорецепторов дыхательных мышц в формировании паттерна дыхания. Механорецепторный контур регуляции и энергетическая оптимизация дыхательного акта.	Сам. работа	7	10	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 5. ПЕРЕНОС ГАЗОВ К ТКАНЯМ
5.1.	Способы транспортировки кислорода, роль гемоглобина. Типы гемоглобина животных и человека. Кривая диссоциации оксигемоглобина, влияние на нее различных факторов.	Лекции	7	2	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
5.2.	Определение уровня гемоглобина	Лабораторные	7	4	СПК-8	Л3.1
5.3.	Способы транспортировки углекислого газа, кривая его диссоциации. Кислотно-щелочное равновесие. Специфические изменения кислотно-щелочного равновесия: дыхательный ацидоз, дыхательный алкалоз, метаболический ацидоз, метаболический алкалоз.	Сам. работа	7	8	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 6. СЕНСОРНО-ПОВЕДЕНЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДЫХАНИЯ У ЧЕЛОВЕКА
6.1.	Надстволовые (кортикальные) структуры и поведенческая система контроля дыхания: при поддержании уровня бодрствования, в осуществлении речи, при умственной работе, в связи с психоэмоциональным напряжением человека и другими психогенными факторами. «Независимость» регуляции дыхания от хеморецепторных и механорецепторных стимулов, способность человека ощущать и осознанно оценивать параметры своего дыхания. Восприятие человеком параметров дыхания. Произвольное управление легочной вентиляцией. Активность стимулов ЦНС при волевом управлении дыханием. Взаимодействие поведенческого и висцерального центров регуляции дыхания. Неравнозначное участие дыхательных мышц в произвольном управлении легочной вентиляцией.	Лекции	7	2	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л3.1, Л1.1
6.2.	Функциональная проба с задержкой дыхания. Влияние речи на параметры внешнего дыхания.	Лабораторные	7	4	СПК-8	Л2.1, Л3.1, Л1.1
6.3.	Метаболические ограничения поведенческого контроля легочной вентиляцией. Роль механо- и хеморецпторов дыхательной системы в возникновении выхода дыхания из под волевого контроля, фазы этого процесса. Ощущение одышки (гиперпноэ) при тяжелой мышечной работе и при увеличении сопротивления дыханию, заболеваниях легких, при нарушении координации между сокращениями отдельных групп дыхательных мышц.	Сам. работа	7	8		Л2.1, Л1.3, Л1.1
Раздел 7. ДЫХАНИЕ ПРИ МЫШЕЧНОЙ НАГРУЗКЕ
7.1.	Перестройка функции дыхания во время работы и характер изменений в системе дыхания во время работы предельно переносимой мощности. Расход энергии на работу респираторных мышц при рабочем гиперпноэ. Дыхание при экстремальных мышечных нагрузках.	Лекции	7	2	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1
7.2.	Влияние физической нагрузки на дыхание человека.	Лабораторные	7	2	СПК-8	Л1.3, Л3.1, Л1.2
7.3.	Поведенческая регуляция легочной вентиляции при работе: синхронизация дыхательных и рабочих движений, заблаговременное развитие рабочего гиперпноэ. Взаимодействие. Роль повышения чувствительности к гиперкапническому и гипоксическому стимулу в поддержании оптимального минутного объема дыхания. Роль напряжения респираторной функции для самооценки нагрузки. Механизм «второго дыхания».	Сам. работа	7	8	СПК-7	Л2.1, Л1.3, Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

1. Вода и воздух как дыхательная среда. Особенности дыхания в этих средах. Три основные системы газообмена в воздушной среде.
2. Дыхание водных и наземных беспозвоночных, воднодышащих и воздуходышащих, пойкилотермных позвоночных животных.
3. Регуляция дыхания и дыхательное поведение гомойотермных позвоночных животных.
4. Физиологическое значение эволюционных изменений системы дыхания.
5. Основные и вспомогательные инспираторные и экспираторные мышцы, особенности их иннервации.
6. Эластические свойства легких: кривая давление-объем, ее значение для оценки работы, затрачиваемой на движение легких.
7. Основные структуры и факторы, определяющие сопротивление воздухоносных путей. Работа дыхания по преодолению эластического и неэластического соротивления.
8. Роль конвекции и диффузии в доставке кислорода к клеткам. Состав альвеолярного газа. Роль легочной вентиляции в обновлении альвеолярного газа.
9. Экспираторные и инспираторные вспомогательные дыхательные мышцы.
10. Коэффициент полезного действия дыхательных мышц, его значение.
11. Легочные объемы и емкости. Их значения для диагностики заболеваний органов дыхания.
12. Вентиляторно-перфузионный коэффициент оценки эффективности газообмена.
13. Диффузия газов между альвеолами и кровью.
14. Кровь как жидкостная фракция внутренней дыхательной среды.
15. Функциональная система поддержания оптимальных величин дыхательных показателей кислотно-щелочного равновесия, напряжения кислорода и углекислого газа организма.
16. Три основных элемента системы регуляции дыхания: рецепторы, центральный регулятор, эффекторы (дыхательные мышцы).
17. Принципы автономного управления системы дыхания: управление по отклонению и управление по возмущению.
18. Современные представления о центральном генераторе дыхания: типы дыхательных нейронов, их локализация в ЦНС, свойство автоматизма.
19. Роль рефлексов с центральных (бульбарных) и периферических хемочувствительных зон в процессе регуляции дыхания и кровообращения, их координация и значение для поддержания гомеостаза.
20. Хеморецепторный контур регуляции соответствия легочной вентиляции и интенсивностью метаболизма.
21. Эндокринные механизмы легочной вентиляции.
22. Роль рефлексов с механорецепторов легких и воздухоносных путей и проприорецепторов дыхательных мышц в формировании паттерна дыхания.

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

1. Дыхание простейших, кишечнополостных, плоских червей и немертин, немательминтов.
2. Дыхание моллюсков и иглокожих.
3. Дыхание насекомых.
4. Дыхание рыб.
5. Дыхание в воздухе. Амфибии и рептилии. Роль кожи в дыхании.
6. Дыхание птиц.
7. Легкие млекопитающих.
8. Защитные механизмы дыхательной системы.
9. Физика газа.
10. Легочная вентиляция, легочные объемы.
11. Механика дыхания. Эластичность и растяжимость аппарата дыхания.
12. Факторы эластичности легкого
13. Дыхательные движения, функции дыхательных мышц.
14. Перфузия легких
15. Вентиляция, перфузия и газообмен
16. Перенос кислорода кровью
17. Кривая диссоциации оксигемоглобина
18. Перенос углекислого газа кровью.
19. Диффузия через альвеолярную мембрану
20. Распределение вентиляции и перфузия
21. Параметры, характеризующие газы крови
22. Центральный ритмогенез
23. Рецепторы дыхательного аппарата
24. Тканевое дыхание
25. Нарушение обеспечения кислородом
26. Дыхание в условиях высотной гипоксии
27. Дыхание в условиях погружения на глубину
28. Буферная система, общие представления
29. Физиологически важные буферные системы организма
30. Особенности бикарбонатного буфера
31. Баланс кислот и оснований в организме
32. Кровь как индикатор кислотно-щелочного состояния организма, показатели КЩС крови
33. Ответ организма на первичное нарушение КЩР. КЩР всего организма
34. Энергетический обмен
35. Интенсивность метаболизма
36. Запасание энергии: жир и гликоген
37. Влияние концентрации кислорода на интенсивность метаболизма
38. Акклимация к низкому уровню О2
39. Проблемы, связанные с нырянием млекопитающих и птиц
40. Обеспечение кислородом во время ныряния, запасание кислорода
41. Изменения в системе кровообращения во время ныряния
42. Снижение интенсивности обмена во время ныряния
43. Кожное и ректальное дыхание во время ныряния
44. Влияние высотного дыхания на обмен веществ
45. Интенсивность метаболизма и размеры тела
46. Оценка продуктов питания
47. Пищевая ценность продуктов питания
48. Климатогеографические, национальные, экономические и другие особенности питания.
49. Принципы рационального питания
50. «Пирамида питания»
51. Концепция адекватного питания
52. Оценка состояния питания
53. Пищевые отравления и их профилактика
54. Особенности обмена веществ при голодании
55. Гемодинамика легких.
56. Поведенческий аспект регуляции дыхания.
57. Кардиореспираторная система при мышечной работе.
58. Влияние занятий спортом на функции дыхательной системы.
59. Дыхание в условиях гипоксии и гиперкапнии.
60. Гипоксия и индивидуальные особенности реактивности.
61. Гипоксия и старение.
62. Дыхание и речь.
63. Дыхание при увеличении плотности газовой среды (при подводных погружениях).
64. Занятия спортом и функциональный резерв дыхательной системы.
65. Звенья функциональной системы дыхания.
66. Роль коры головного мозга в регуляции дыхания.
67. Курение и заболевания органов дыхания.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	под ред. В. М. Смирнов	Нормальная физиология: учеб. для мед. вузов	М. : Академия, 2012	25
Л1.2	Под ред. В. М. Смирнов	Нормальная физиология: Учеб. для мед. вузов	М. : Академия, , 2012
Л1.3	Агаджанян Н.А., Барбараш Н.А., Белов А.Ф., Берг М.Д., Смирнов В.М.	Нормальная физиология: учеб. для мед. вузов	М.: Академия, 2012	5
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	под ред. Андрея Глебовича Камкина, Андрея Александровича Каменского	Фундаментальная и клиническая физиология: учебник	М.: Академия, 2004	10
6.1.3. Дополнительные источники
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л3.1	Киселев В.Д.,Томилова И.Н., Плешкова Н.В.	Лабораторный практикум по физиологии человека: учеб. пособие	Изд-во АлтГУ, 2009	51
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"

6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Word 2007 Microsoft Excel 2007 Microsoft PowerPoint 2007 Acrobat Reader Opera / Google Chrome / Internet Explorer / Mozilla
6.4. Перечень информационных справочных систем
1. Электронно-библиотечная система «Университетская библиотека online» (Контракт №138-44/15 от 19.03.2015) (http://biblioclub.ru) 2. Электронно-библиотечная система издательства «Лань» (Контракт №208-44/15 от 05.03.2015) (http://e.lanbook.com/). 3. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2014620457 от 20.03.2014) (http://elibrary.asu.ru/)

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Наглядные пособия:
Строение дыхательной системы
Кривая диссоциации оксигемоглобина

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Преподавание физиологии дыхания в университете преследует цель выработать у студентов понимание фундаментальных и прикладных аспектов физиологии дыхания и обмена веществ, обеспечивающих студентам освоение смежных дисциплин в подготовке биолога и использование физиологических знаний и навыков в научной, педагогической, производственной, медицинской и др. сферах деятельности; знание функции основных систем органов человека и животных; регуляцию жизненных функций и системы обеспечения гомеостаза; сравнительный аспект становления функций дыхания и обмена веществ; методы анализа физиологического состояния человека, методы экспериментальной работы с животными. Студенты не только получают всю необходимую теоретическую информацию о жизненно важных системах и органах человека, но и знакомятся с методами физиологических исследований.
При планировании курса делался упор на использование широкого спектра практических и лабораторных занятий. Курс обеспечен оригинальными программами, необходимым фондом учебно-методической литературы, есть в достаточном количестве учебные пособия, включая самые последние издания ведущих специалистов страны. Кроме печатных изданий, разрабатываются материалы методического характера для проведения лабораторных и семинарских занятий.