Vitální kapacita plic a funkční test zdatnosti dýchací soustavy

1         Úkol

1.1       Základní úkoly

1.1.1        Vypočítejte (nebo stanovte podle nomogramu) povrch těla a náležitou vitální kapacitu plic. Průběžně zapisujte naměřené a vypočítané hodnoty a postup všech výpočtů. Jaký význam má výsledek tohoto úkolu?

1.1.2        Změřte kapacitu plic, vypočítejte skutečnou vitální kapacitu svých plic a porovnejte s hodnotou náležité vitální kapacity. Průběžně zapisujte naměřené a vypočítané hodnoty a postup všech výpočtů. Jaký význam má výsledek tohoto úkolu?

1.1.3        Změřte délku inspirační a exspirační apnoické pauzy, proveďte funkční test dýchací soustavy – Stangeho zkoušku. Průběžně zapisujte naměřené a vypočítané hodnoty a postup všech výpočtů. Vyhodnoťte výsledky porovnáním s tabulkovými hodnotami (tab. 1). Výsledky hodnocení zdůvodněte, porovnejte s výsledky testování zdatnosti oběhové soustavy a v případě průměrných a podprůměrných výsledků navrhněte změnu životního stylu, která by vedla ke zlepšení situace.

1.2       Fakultativní úkoly

1.2.1        Porovnejte své výsledky s nejvyššími a nejnižšími výsledky žáků své skupiny a pokuste se zdůvodnit rozdíly.

2         Časová dotace

2.1       Základní časová dotace: 2 hodiny

2.2       Časová dotace fakultativních úkolů: 1 hodina

3         Pomůcky a materiál

Osobní váhy, metr – alespoň 2m, trojúhelník k rýsování na tabuli nebo jiná pomůcka, která umožňuje odečíst výšku těla, nafukovací balónky (nebo spirometr), průsvitný plastový kbelík objemu 12 litrů nebo víc s kalibrací po 1 litru, naběračka nebo hrneček, odměrný válec s objemem alespoň 1 litr, podnos (kbelík) na odkládání mokrých pomůcek, kolíčky na nos, mobilní telefon (nebo stopky, kalkulačka, metronom)

4         Hlavní a dílčí cíle

4.1       Základní cíle

4.1.1        Seznámit žáky se dvěma metodami jednoduché diagnostiky úrovně tělesné zdatnosti dýchací soustavy.

4.2       Vedlejší cíle

4.2.1        Změnit chování a vztah k vlastnímu tělu – prevence civilizačních chorob vznikajících při nevhodném životním stylu.

4.2.2        Doporučit změnu denního pohybového režimu žáka.

5         Mezipředmětové vztahy a přesahy

Téma zasahuje do předmětu základy společenských věd do tematických celků týkajících se zdravého životního stylu, prevence civilizačních chorob, reálného sebehodnocení a péče o vlastní tělo. Zasahuje taktéž do tělesné výchovy, případně zdravotní tělesné výchovy a sportovního lékařství, protože žák diagnostikuje úroveň zdatnosti své dýchací soustavy a může lépe volit případné nápravné prostředky. Téma se též týká matematiky a statistiky (výpočty a porovnávání výsledků s normalizovanými hodnotami).

6         Obecný úvod k tématu

6.1       Tělesná zdatnost

Tělesnou zdatnost v zásadě určují především tři hlavní oblasti:

1. kardiorespirační zdatnost
2. svalová síla a vytrvalost
   1. flexibilita

Tyto oblasti jsou totiž rozhodující pro tzv. zdravotně orientovanou zdatnost, mají tedy největší souvislost se zdravím. Pokud hovoříme o výkonově orientované zdatnosti, tedy sportovní, potom kromě výše uvedených jsou důležité i další prvky zdatnosti, jako rychlost, reakční čas, obratnost, nervově-svalová koordinace a rovnováha.

6.1.1        Kardiorespirační zdatnost – zdatnost oběhové a dýchací soustavy

Je nejdůležitější pro zdraví a zároveň je nejvýznamnějším ukazatelem určujícím celkovou zdatnost. Je dána schopností srdce a cévního systému dopravovat krví dostatek kyslíku k pracujícím svalům. Pokud není přívod dostatečný, projevuje se to únavou, dechovou nedostatečností a bolestí ve svalech – acidózou po práci svalu na kyslíkový dluh.

Vysoká kardiorespirační zdatnost významně snižuje riziko srdečně-cévních onemocnění a jejich důsledků. Zdatné srdce a cévní systém jsou méně náchylné k nejrůznějším poruchám a dokážou se s nimi snadněji vyrovnat.

6.1.2        Svalová síla, vytrvalost a flexibilita

Svalová síla, vytrvalost a flexibilita jednak umožňují vést člověku aktivní život, jednak jsou prevencí nejrůznějších degenerativních onemocnění pohybového systému. Pevný svalový korzet usnadňuje správné držení těla, ochablé svaly a svalové dysbalance vedou k vertebrogenním poruchám, bolestivým stavům a blokádám v oblasti krční páteře, ramen a zad a degenerativním poruchám kloubů a šlach.

Opět platí, že zdatný pohybový systém lépe odolává negativním vlivům, je méně náchylný k nejrůznějším poruchám a dokáže se s nimi snadněji vyrovnat. Člověk celkově fyzicky zdatný odolává tedy lépe jakékoli zátěži – onemocněním, psychickému stresu (zátěži) i fyzické zátěži.

6.2       Vitální kapacita plic

Jedním z ukazatelů zdravotně orientované kardiorespirační zdatnosti je vitální kapacita plic a její porovnání s náležitou vitální kapacitou plic.

Vitální kapacita plic (VC, také usilovná vitální kapacita plic – FVC – Forced Vital Capacity, obr. 1 je množství vzduchu, které vydechneme největším úsilím po maximálním možném nádechu. Její velikost záleží zejména na měřitelných parametrech těla, jako je výška a hmotnost těla, závisí na věku, pohlaví, na tělesné zdatnosti a zdravotním stavu.

Obr. 1 Vitální kapacita plic a další objemy (http://www.wikiskripta.eu/index.php/Funkční_vyšetření_kardiorespiračního_systému)

Naměřenou hodnotu je vhodné  korigovat na skutečné objemové hodnoty v těle, tj. na teplotu těla, nasycení vodními parami a atmosférický tlak. Pro korekci se používá faktor BTPS (body temperature, pressure, saturated), který při běžných hodnotách (pokojová teplota a normální atmosférický tlak) dosahuje hodnoty přibližně 1,1. Tímto faktorem je třeba vynásobit naměřenou hodnotu, abychom dostali skutečnou vitální kapacitu plic.

Vitální kapacitu plic je nutné porovnat s náležitou vitální kapacitou (NVK) plic. Podíl těchto dvou hodnot vyjádřený v procentech umožňuje srovnání s průměrem populace. Velikost NVK víceméně udává, jak velký objem plic je pro tělo naší velikosti v populaci obvyklý, a tedy potřebný pro funkci našeho těla. Náležitá vitální kapacita je přímo úměrná velikosti povrchu těla, který lze spočítat jako funkci výšky těla a hmotnosti. Pro výpočet NVK se také  používá jednoduchá metoda, která vyžaduje zjištění povrchu těla z nomogramu podle hmotnosti a výšky těla. Velikost povrchu těla se násobí číslem 2,6 [1] (2,5 [4]) u mužů a 2,1 [1] (2,0 [4]) u žen. Vitální kapacita dospělých mužů se pohybuje mezi 3,5 až 5 litry, dospělých žen 2,5 až 4 litry. Tyto intervaly také odpovídají 100 až 120 % náležité vitální kapacity plic. Mladí, trénovaní a zdraví lidé mohutného vzrůstu mají obvykle hodnoty vyšší, zejména pokud se zabývají činností výrazně a trvale zatěžující dýchací systém (sportovci – zejména plavci a potápěči, vytrvalci, dále zpěváci, hráči na dechové hudební nástroje…).

Naopak nemocné osoby menšího vzrůstu, vyššího věku se sedavým životním stylem mají obvykle hodnoty silně podprůměrné.

Zjištěním, kolik procent NVK tvoří skutečná vitální kapacita plic, stanovíme velikost rezervy plic pro případný výkon, a tedy úroveň připravenosti organismu na stres vyžadující vyšší intenzitu práce dýchací soustavy.

(viz také http://www.zoologie.upol.cz/osoby/fellnerova/fyziologie_pdf/spirometrie2010_10.pdf)

6.3       Funkční test dýchací soustavy – Stangeho zkouška

Dalším orientačním ukazatelem zdravotně orientované kardiorespirační zdatnosti je Stangeho zkouška – test délky zadržení dechu (apnoe, apnoická pauza, bezdeší) před zátěží, těsně po zátěži a během zotavení.

Měří se doba, po kterou je žák schopen zadržet dech po předchozím maximálním nádechu (inspirační apnoe, inspirační apnoická pauza) nebo po předchozím maximálním výdechu (exspirační apnoe, exspirační apnoická pauza). Při bezdeší se tělo dostává do hypoxie (snížení parciálního tlaku O₂) a hyperkapnie (zvýšení parciálního tlaku CO₂). Dochází ke stimulaci dechového centra, které se snaží udržet dýchání v normě jako základní životní funkci organismu. Proto apnoe doprovázejí nepříjemné pocity, jež vedou až k nutnosti ukončení zkoušky (závrať, slabost…). Při vysoké úrovni volních vlastností žáka může dojít během apnoe až ke ztrátě vědomí, proto je nutné, aby byly partnerem nebo učitelem sledovány zevní projevy na pokožce obličeje. Při zčervenání a následném rychlém zblednutí nebo cyanóze rtů se musí zkouška přerušit.

Průměrná délka inspirační apnoické pauzy u netrénovaných mužů se pohybuje mezi 50 až 60 s, u žen mezi 40 až 50 s. U dětí a mládeže samozřejmě dosahuje nižších hodnot (okolo 30 s). Vytrvalostně trénovaní sportovci (zejména plavci a potápěči) mají inspirační apnoickou pauzu výrazně delší. Při statické apnoické pauze (měří se při ponoření do vody bez pohybu – free diving) dosahuje světový rekord mužů 11 min 35 s a žen 8 min 23 s (viz také http://en.wikipedia.org/wiki/Free­ diving).

Zadržení dýchání po hlubokém výdechu (exspirační apnoická pauza) je výrazně kratší, protože množství vzduchu v plicích klesá téměř až na reziduální objem (množství vzduchu, které již nelze z plic vydechnout ani při maximálním úsilí). Netrénovaní muži dosahují hodnot jen 30 až 40 s, ženy 25 až 30 s.

Při tělesné práci je schopnost zadržet dech výrazně omezena. Doba apnoe se snižuje až na 50 % klidové hodnoty. Po ukončení apnoe a následné hyperventilaci (zvýšená dechová frekvence i ventilace plic) v době zotavení se organismus rychle sytí větším množstvím kyslíku a zároveň vylučuje větší množství oxidu uhličitého, což vytváří dobré podmínky pro obnovení nebo i prodloužení délky zadržení dechu – interval se tedy prodlužuje na výchozí hodnoty nebo hodnoty dokonce vyšší. Srovnáním délky klidové, pozátěžové a zotavovací apnoe se zabývá Stangeho test. Za pomoci tohoto testu je tedy možné orientačně určit úroveň zdatnosti dýchací soustavy, tzn. její schopnost vyrovnat se se zvýšenými požadavky na výměnu dýchacích plynů při fyzické zátěži.

(viz také http://wikiskripta.eu/index.php/Funkční_vyšetření_kardiorespiračního_systému)

7         Pracovní postup

7.1       Postup k úkolu 1.1.1

1. Změřte hmotnost a výšku těla.
2. Podle vzorce , kde l je výška těla v metrech a m hmotnost těla v kilogramech, spočítejte velikost povrchu těla A v metrech čtverečních.
3. Podle vzorce NVK = 2,5A (nebo 2,6A) spočítejte NVK mužů, podle vzorce NVK = 2A (nebo 2,1A) spočítejte NVK žen. NVK vyjde v litrech.

7.2       Postup k úkolu 1.1.2

1. Stiskněte si nos prsty nebo kolíčkem (u dospělých většinou není nutné) a po dvojím hlubším nádechu a výdechu nafoukněte balónek usilovným výdechem po maximálním možném nádechu. Výdech do balónku by měl trvat 5 až 10 s.
2. Zatočte hrdlo balónku a přeložte jej v polovině tak, aby vzduch neunikal ven.
3. Oběma rukama opatrně ponořte balónek do vody ve kbelíku tak, aby byl celý objem balónku pod hladinou. Snažte se, abyste neměli ponořenou zbytečně velkou část rukou – snižuje to výpovědní hodnotu měření.
4. Zapamatujte si údaj, který vám oznámí učitel, a zapište si jej.
5. Opakujte pokus ještě dvakrát nebo třikrát.
6. Z naměřených hodnot vyberte nejvyšší, korigujte faktorem BTPS a výsledek zapište jako skutečnou VC.
7. Vypočítejte, jakou část NVK tvoří vaše skutečná VC. Vyjádřete v procentech.

7.3       Postup k úkolu 1.1.3

1. Změřte délku inspirační apnoické pauzy: 3x se ve stoji zhluboka nadechněte a vydechněte, pak se ještě jednou usilovně nadechněte a zadržte dech. Po ukončení měření se z bezpečnostních důvodů posaďte. V průběhu testu je třeba předcházet mdlobám. Pracujte ve dvojici a pozorně sledujte partnera nebo hlaste vyučujícímu provádění testu. Pokud se po předchozím zčervenání objeví zblednutí nebo začínají-li rty modrat (cyanóza), je nutno test hned přerušit. Problémy se však vyskytují velmi sporadicky.
2. Proveďte Stangeho test: Udělejte 20 hlubokých dřepů během 30 s. Metronom je nastaven na frekvenci 80 min­ 1, tj. 1 úder pro pohyb nahoru, 1 úder pro pohyb dolů.
3. Ihned po ukončení dřepů si změřte ještě ve stoji podruhé inspirační apnoickou pauzu.
4. Posaďte se, zhluboka dýchejte po dobu 1 minuty a přesně l minutu po skončení měření druhé inspirační apnoické pauzy změřte totéž naposledy.
5. Změřte délku exspirační apnoe. Po delší pauze (minimálně 10 minut) se 3x hluboce nadechněte a vydechněte. Na vrcholu čtvrtého výdechu zadržte dech a změřte dobu apnoe.

Tab. 1 Orientační průměrné hodnoty populace (Bartůňková et al., 1996, nepublikováno – FTVS UK)

8         Metodické poznámky

• Měření pomocí nafukovacích balónků je rychlejší než běžná spirometrie, protože žák přichází s nafouknutým balónkem, jehož objem se rychle změří. Samotné nafukování balónku provádějí žáci samostatně, nezávisle na měření.
• Kbelík je nutné ručně dokalibrovat po desetině litru v oblasti nejčastěji dosahovaných objemů. Při naplnění 4 litry vody je to v rozmezí 6,5 až 10 litrů. Rozsah této oblasti je možné zmenšit tím, že žáky rozdělíme do dvou skupin podle velikosti nafouknutých balónků a skupina s menšími balónky bude měřit ve kbelíku naplněném 5 litry vody atp.
• Žáci by si měli před měřením umýt ruce mýdlem v teplé vodě.
• Učitel pří měření sedí tak, aby proti světlu prosvítala ve kbelíku hladina vody a její úroveň byla porovnatelná s ryskami stupnice.
• Po změření objemu balónku je třeba dbát, aby žák vyfukoval balónek nad kbelíkem, kde se měří. Jednak proto, aby se nezmenšovalo množství vody ve kbelíku, jednak proto, že při zmenšení objemu balónku se samozřejmě zmenšuje i jeho povrch, voda z něj rychle stéká a hromadí se na podlaze učebny.
• Po změření objemu balónku je vhodné před dalším nafouknutím, aby si žák opláchl ruce a balónek pod tekoucí vodou.
• Po 10 až 15 měřeních je třeba zkontrolovat výšku hladiny ve kbelíku po uklidnění jejího pohybu a případně doplnit vodu.
• Chlapci s velmi objemnými plícemi měří vždy poslední. Jednak proto, že je nutné objem vody snížit často až ke třem litrům, jednak pro zvýšení napětí studentů při očekávání rekordních výkonů skupiny. Tyto žáky je možné po krátké konzultaci na téma jejich životního stylu zmínit před ostatními jako pozitivní a motivační příklad.
• V průběhu Stangeho zkoušky je třeba předcházet rizikům a žáky je nutné pozorně sledovat buď osobně, nebo pomocí partnera ve dvojici. Pokud se po předchozím zčervenání objeví zblednutí nebo když začínají rty modrat (cyanóza), je nutno test hned přerušit. Při několikaletém ověřování postupu testu se však u žáků třetího ročníku gymnázia (septimy) ani u žáků tercie nevyskytl žádný takový případ.

9         Použitá literatura a další materiály

Fellnerová, I. 2010. Spirometrie (přednáška, Katedra zoologie PřF UP Olomouc). Dostupný z.

Hošek, P. 1994. Praktická cvičení z tělovýchovného lékařství. PF ZČU. Plzeň.

Seliger, V., a kol. 1971. Praktika z fyziologie. SPN. Praha.

Seliger, V., a kol. 1983. Fyziologie člověka. SPN. Praha.

Trojan, S., et al. 2003. Lékařská fyziologie. Grada. Praha