Układ oddechowy

ODDYCHANIE

Jest to proces polegający na wyzwalaniu

energii zgromadzonej w organizmie.

Dzieli się ono na ;
1. oddychanie zewnętrzne - polegające

na wprowadzeniu cząsteczek tlenu

atmosferycznego do wnętrza komórek,

i jednocześnie odprowadzeniu z

komórek dwutlenku węgla.

ODDYCHANIE

zewnętrzne

Dzieli się na ;
• wentylację płucną
• dyfuzję gazów pomiędzy powietrzem

pęcherzykowym i krwią,

• transport gazów za pośrednictwem

krwi

• dyfuzję gazów między krwią i

komórkami

ODDYCHANIE

2. oddychanie wewnętrzne- czyli

wewnątrzkomórkowe- cząsteczki
tlenu wchodzą w reakcje
chemiczne.

oddychanie

ODDYCHANIE

• Wentylacja płuc- w czasie jej

dochodzi do wciągania powietrza
atmosferycznego zawierającego dużo
tlenu i mało C02 do pęcherzyków
płucnych i wydychania powietrza o
zawartości tlenu małej, i dużej CO2.
Wentylacja zależna jest więc od
ruchów oddechowych klatki
piersiowej, wdechów i wydechów.

ODDYCHANIE-wentylacja

• W czasie wdechu powiększa się

objętość klatki piersiowej (skurcz
mięśni wdechowych tj przepony i
m.między żebrowych zew.), a
opłucna płucna przylega do
opłucnej ściennej, wypełniając
cała jamę opłucnową, w której
panuje ujemne ciśnienie

ODDYCHANIE-wentylacja

• Konskwencją tego jest rozciąganie

tkanki płucnej, obniżenie ciśnienia
w pęcherzykach płucnych, i
drogach oddechowych i następuje
napływ powietrza do płuc celem
wyrównania różnicy ciśnień.

ODDYCHANIE

• Na szczycie wdechu następuje

rozkurcz m. wdechowych i klatka
piersiowa zmniejsza swoją objętość
(dzięki sile wywieranej przez elementy
sprężyste tkanki płucnej), następuje
wzrost ciśnienia w pęcherzykach
płucnych powyżej ciśnienia
atmosferycznego i usuwanie powietrza
na zewnątrz.

wdech

ODDYCHANIE

• Wydech jest aktem biernym, nie

wymaga skurczów mięśni, lecz
przy nasilonym wydechu biorą
udział mięśnie międzyżebrowe
wew.

• Średnia ilość oddechów na

minutę wynosi 16.

WYDECH

ODDYCHANIE

• Pojemność płuc
• U zdrowego mężczyzny całkowita

pojemność płuc wynosi 6 litrów
powietrza-

na szczycie najgłębszego wdechu
• Dzieli się ona na; pojemność

wdechową i

czynnościową zalegającą.

Pojemność płuc

pojemność wdechowa —

powietrze wciągane do płuc w
czasie najgłębszego

wdechu po spokojnym wydechu i

na nią składa się;

objętość oddechowa,
objętość zapasowa wdechowa

Pojemność płuc

pojemność zalegającą

czynnościową -jest to ilość
powietrza pozostająca w płucach
po spokojnym wydechu, i na nią
składa się; objętość zalegająca i

objętość zapasowa wydechowa

Pojemność płuc

Pojemność życiowa płuc- tj ilość

powietrza, którą można usunąć z
płuc po wcześniejszym wykonaniu

maksymalnego wdechu w czasie

maksymalnego wydechu.

Pojemność płuc

W czasie swobodnego wdechu do dróg

oddechowych przedostaje się około

500ml

powietrza(500mlxl6/min=8litr/minutę),

które stanowi wentylację płuc

minutową

• (350ml przedostaje się do pęcherzyków

płucnych a 150 ml wypełnia przestrzeń

martwą- tj.od jamy nosowej do

oskrzelików- brak tu wymiany gazowej)

Pojemność płuc

W celach diagnostycznych

sprawności układu oddechowego
oceniamy:

• objętość powietrza wydychanego

w czasie pierwszej sekundy po
najgłębszym wdechu.

POJEMNOŚĆ PŁUC

Dyfuzja gazów w płucach

• W pęcherzykach płucnych zachodzi

wymiana gazów pomiędzy
powietrzem i

krwią przepływającą przez sieć

naczyń włosowatych otaczających
pęcherzyki.

• W tych naczyniach stale znajduje

się około 100 mL krwi.

Dyfuzja gazów w płucach

• Ilość ta przepływa przez naczynia

włosowate w czasie około 0,8 s.

• Podczas pracy fizycznej i

związanego z nią zwiększenia
pojemności minutowej serca

krew przepływa znacznie szybciej

przez naczynia włosowate
pęcherzykówpłucnych.

Dyfuzja gazów w płucach

Dyfuzja gazów przez ścianę

pęcherzyków -odbywa się zgodnie z
gradientem prężności cząsteczek
gazów, cząsteczki tlenu dyfundują ze
światła pęcherzyków do krwi, gdyż
ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu
pęcherzykowym jest większe niż w
krwi dopływającej ze zbiornika
tętniczego płucnego.

Dyfuzja gazów w płucach

• W kierunku przeciwnym dyfundują

cząsteczki C02.

• We krwi dopływającej do naczyń

włosowatych pęcherzyków PCo2
jest większe, w powietrzu
pęcherzykowym zaś PCo2 jest
mniejsze

Dyfuzja gazów w płucach

Częsteczki O2, dyfundując do krwi, muszą

pokonać ścianę pęcherzyka płucnego i

ścianę naczynia włosowatego.

Grubość tej przegrody nie przekracza l um i

poczynając od światła pęcherzyka

płucnego —jest utworzona przez:

• warstwę płynu pokrywającą powierzchnię

pęcherzyków,

• nabłonek pęcherzyków, błonę podstawną i

śródbłonek naczyń włosowatych

Dyfuzja gazów w płucach

• Cząsteczki O2 po przejściu przez tę

przegrodę rozpuszczają się w
osoczu

wypełniającym naczynia włosowate

na zasadzie rozpuszczalności
fizycznej.

Z osocza O2 natychmiast dyfunduje

do erytrocytów.

Dyfuzja gazów w płucach

• Cząsteczki CO2 dyfundują z

osocza krwi przepływającej przez
naczynia włosowate do światła
pęcherzyków, tj. w kierunku
przeciwnym niż cząsteczki 02.

Dyfuzja gazów w płucach

• Wartości średnie P02 i PCo2 występują

w powietrzu pęcherzykowym
wypełniającym środkowe partie płuc.

• W górnych partiach płuc

powietrzepęcherzykowe ma wyższe P02
i niższe PCo2 niż wartości średnie.

• Przeciwnie, w dolnych partiach płuc

powietrze pęcherzykowe ma niższe Po2
i wyższe PCo2-

Dyfuzja gazów w płucach

Różnice w ciśnieniu parcjalnym w

powietrzu pęcherzykowym O2 i
CO2 zależą od ;

• ilości krwi przepływającej przez

sieć naczyń włosowatych w
górnych,

środkowych i dolnych partiach

płuc,

Transport gazów

Cząsteczki O2 dyfundujące do osocza krwi w

niewielkiej ilości rozpuszczają się w nim na
drodze fizycznej. Przy ciśnieniu parcjalnym
tlenu w pęcherzykach = 13,3 kPa w l L krwi
odpływającej do zbiornika żylnego płucnego
tylko 3 mL O2 jest rozpuszczone na zasadzie
rozpuszczalności fizycznej. Jest to ilość
niedostateczna do zapewnienia oddychania
wewnętrznego na minimalnym poziomie.

Transport gazów

Podobnie w tkankach — przy prężności

dwutlenku węgla równej 6, l kPa na
drodze fizycznej rozpuszcza się w l L
krwi tylko 35 mL CO2. Zarówno
cząsteczki O2, jak i CO2 wiążą się we
krwi na drodze chemicznej i w tej
postaci są przede wszystkim
transportowane zgodnie z gradientem
prężności

Transport gazów

• Cząsteczki O2 rozpuszczone w osoczu

na drodze fizycznej dyfundują przez
otoczkę do erytrocytów i wiążą się z
hemoglobiną, tworząc hemoglobinę
utlenowaną, czyli oksyhemoglobinę.

• Jedna cząsteczka hemoglobiny Hb4

wiąże się z czterema cząsteczkami
tlenu, tworząc hemoglobinę
utlenowaną

Transport gazów

• Dzięki występowaniu hemoglobiny

zdolność krwi do transportu tlenu
wzrasta około 70 razy.

• W powietrzu pęcherzykowym w

warunkach P02= 13,3 kPa w l L krwi
odpływającej z naczyń włosowatych
pęcherzyków płucnych jest rozpuszczone
na drodze fizycznej 3 mL O2, a około 190
mL O2 jest związane z hemoglobiną .

Transport gazów

• Krew w zbiorniku żylnym płucnym

ma PO2= 12,7 kPa i hemoglobina
jest wysycona tlenem w 97%.

Transport gazów

• Mniejsza P02 w zbiorniku żylnym

płucnym w stosunku do P02 w

naczyniach włosowatych pęcherzyków

płucnych związane jest z przepływem

pewnej ilości krwi ze zbiornika

tętniczego dużego do zbiornika żylnego

płucnego przez naczynia krwionośne

oskrzeli z pominięciem pęcherzyków

płucnych, czyli z przeciekiem płucnym

krwi (pulmonary shunt).

Transport gazów

• Krew zawierająca hemoglobinę wysyconą

tlenem odpływa z płuc, kierując się przez
zbiornik żylny płucny, lewy przedsionek
serca, lewą komorę serca, zbiornik
tętniczy duży do sieci naczyń włosowatych
krążenia dużego. W naczyniach
włosowatych w tkankach prężność tlenu
jest mała i z hemoglobiny utlenowanej
znajdującej się w erytrocytach uwalnia się
około ¼ transportowanego tlenu.

Transport gazów

• Krew żylna odpływająca do zbiornika

żylnego dużego zawiera hemoglobinę

wysyconą tlenem średnio w 75% i

PO2 = 5,3 kPa.

• Zależność pomiędzy ciśnieniem

parcjalnym tlenu a stopniem

wysycenia hemoglobiny tlenem

przedstawia krzywa dysocjacji

hemoglobiny utlenowanej

Transport gazów

Krzywa ta przesuwa się w lewo i

staje się bardziej stroma w miarę
obniżania się temperatury,
zwiększania wartości pH i

zmniejszenia się prężności

dwutlenku węgla we krwi.

Transport gazów

• Warunki, w których krzywa

dysocjacji hemoglobiny
utlenowanej przesuwa się w lewo i
staje się bardziej stroma, panują w
naczyniach włosowatych
pęcherzyków płucnych.

• Przy tym samym P02 więcej

hemoglobiny wiąże się z tlenem

Transport gazów

• Przeciwnie — w sieci naczyń

włosowatych krążenia dużego
panują warunki przesuwające w
prawo i spłaszczające krzywą
dysocjacji hemoglobiny
utlenowanej, które sprzyjają
uwalnianiu się cząsteczek O2 ze
związku z hemoglobiną.

Transport dwutlenku węgla

We krwi przepływającej przez sieć

naczyń włosowatych krążenia
dużego zawartość dwutlenku
węgla zwiększa się o 50 mL CO2/L
krwi i jego prężność zwiększa się o
0,8 kPa.

Transport dwutlenku

węgla

Krew tętnicza w zbiorniku

tętniczym dużym zawiera około
470 mL CO2/L krwi i PCo2 = 5,3
kPa,

w zbiorniku żylnym dużym krew

żylna

zawiera około 520 mL CO2/L krwi

i PCo2 = 6,1 kPa .

Transport dwutlenku

węgla

Dwutlenek węgla dyfundujący z

tkanek do krwi przepływającej
przez naczynia włosowate jest
transportowany do płuc:

1. około 6% w postaci CO2

rozpuszczonego na zasadzie
rozpuszczalności fizycznej w osoczu
i w cytoplazmie erytrocytów;

Transport dwutlenku

węgla

2. około 88% w postaci jonów HCO3

związanych przez
wodorowęglanowy układ
buforowy osocza i erytrocytów;

3. około 6% w postaci

karbaminianów, CO2 związanego
z wolnymi grupami aminowymi
białek osocza i hemoglobiny.

Transport dwutlenku

węgla

Cząsteczki CO2 dyfundujące z tkanek

do krwi rozpuszczają się w osoczu na
zasadzie rozpuszczalności fizycznej i
przenikają w tej postaci do wnętrza
erytrocytów. Tam pod wpływem
enzymu anhydrazy węglanowej
dwutlenek węgla wiąże się z wodą i
powstaje kwas węglowy.

Transport dwutlenku

węgla

• Kwas węglowy dysocjuje na wolne

jony H+ i HCO3. Jony H+ wiążą się z

hemoglobiną, większość jonów HCO3

dyfunduje zaś do osocza.
• Zwiększenie stężenia jonów HCO3 w

osoczu krwi żylnej i zmniejszenie we

krwi

tętniczej powoduje wędrówkę jonów

Cl przez otoczkę erytrocytów.

Transport dwutlenku

węgla

• We krwi żylnej jony HCO3

przechodzą z erytrocytów do
osocza, jony Cl" wchodzą zaś do
ich wnętrza.

• We krwi tętniczej jony Cl'

wychodzą z erytrocytów do
osocza.

Transport dwutlenku

węgla

• Dwutlenek węgla rozpuszczony w osoczu i

znajdujący się w erytrocytach wiąże się z
grupami aminowymi aminokwasów, z
których są zbudowane białka osocza i
hemoglobina. W wyniku reakcji: CO2 + R -
NH2 -> R - NHCOOH

tworzą się karbaminiany. Większość

karbaminianów powstaje w erytrocytach po
połączeniu się CO2 z grupami aminowymi
hemoglobiny.

Transport gazów w

tkankach

• Krew tętnicza dopływająca do

wszystkich tkanek ma większą

prężność tlenu i mniejszą prężność

dwutlenku węgla w porównaniu z

odpływającą krwią ży Iną. Zgodnie z

gradientem prężności uwolniony z

hemoglobiny tlen dy funduj e do

komórek, dwutlenek węgla zaś dy

funduj e w kierunku przeciwnym z

komórek do osocza

Dyfuzja gazów w tkankach

• Cząsteczki O2 uwolnione z

hemoglobiny przechodzą przez
otoczkę erytrocytów do osocza,
następnie przez komórki śródbłonka
naczyń włosowatych do płynu
międzykomórkowego i dopiero z tego
płynu dyfundują przez błonę
komórkową do poszczególnych
komórek.

• W zależności od intensywności

metabolizmu wewnątrzkomórkowego
występują dość znaczne różnice w
"prężności tlenu w poszczególnych
tkankach. W tkankach o intensywnym
metabolizmie prężność tlenu w
komórkach jest mała i jednocześnie
te tkanki zużywają więcej tlenu.

Dyfuzja gazów w tkankach

Krew żylna odpływająca z tkanek o

intensywnym metaboliźmie zawiera mniej
tlenu i więcej dwutlenku węgla. Stopień
zużycia tlenu przez poszczególne tkanki
wyraża się różnicą tętniczo-żylną w
zawartości tlenu.

Krew tętnicza dopływająca do wszystkich

tkanek ma jednakową zawartość tlenu,
natomiast krew żylna może zawierać go
więcej lub mniej.

Dyfuzja gazów w tkankach

W spoczynku pojemność minutowa

serca wynosi około 5,4 L, a różnica
tętniczo-żylna w zawartości tlenu
we krwi pomiędzy zbiornikiem
tętniczym dużym a zbiornikiem
żylnym dużym wynosi około 46 mL
O2 na l L krwi.

Dyfuzja gazów w tkankach

Dyfuzja gazów w tkankach

Na tej podstawie można obliczyć

zużycie tlenu przez cały organizm:

5,4 L krwi x 46 mL O2/L krwi = 248

mL O2/1 min

Dyfuzja gazów w tkankach

W okresie aktywności ruchowej, a zwłaszcza

w czasie pracy fizycznej, zwiększa się
znacznie pojemność minutowa serca i
wentylacja minutowa płuc. Mimo to
zużycie tlenu przez pracujące mięśnie
szkieletowe jest tak duże, że zwiększa się

• różnica tętniczo-żylna w zawartości tlenu

we krwi pomiędzy zbiornikiem tętniczym
dużym a zbiornikiem żylnym dużym.

Dyfuzja gazów w tkankach

• Zużycie spoczynkowe tlenu na

minutę może zwiększyć się do 16
razy w czasie wysiłku fizycznego

Regulacja oddychania

• Ośrodek oddechowy
• Regulacja oddychania, czyli

częstotliwość i głębokość
oddechów, odbywa się za
pośrednictwem ośrodka
oddechowego położonego w
rdzeniu przedłużonym

Ośrodek oddechowy

• W skład tego ośrodka wchodzą

dwa rodzaje neuronów tworzące
dwa ośrodki o przeciwnej funkcji.
Oba rodzaje neuronów należą do
tworu siatkowatego rdzenia
przedłużonego

Ośrodek oddechowy

• Są to neurony wdechowe tworzące

ośrodek wdechu, znajdujące się w
jądrze samotnym i w części przedniej
jądra tylno-dwuznacznego nerwu
błędnego, oraz ośrodek wydechu w
jądrze dwuznacznym nerwu błędnego
i w części tylnej jądra tylno-
dwuznacznego nerwu błędnego.

Ośrodek oddechowy

• Ośrodek wdechu wysyła impulsy

nerwowe do rdzenia kręgowego, do
neuronów ruchowych unerwiających
mięśnie wdechowe, ośrodek wydechu
pobudza zaś neurony ruchowe
unerwiające mięśnie wydechowe.

• Neurony ośrodka wdechu stanowią

rozrusznik dla czynności
oddechowej

Ośrodek oddechowy

• Kilkanaście razy na minutę, średnio 16

razy, neurony ośrodka wdechu pobudzają
się i wysyłają salwę impulsów nerwowych.
Impulsy od neuronów wdechowych biegną
przez gałązkę zstępującą aksonu do
neuronów ruchowych w rdzeniu kręgowym
i jednocześnie przez gałązkę wstępującą
aksonu do neuronów tworu siatkowatego
mostu, tworzących ośrodek
pneumotaksyczny

Ośrodek oddechowy

Ośrodek pneumotaksyczny hamuje

zwrotnie ośrodek wdechu na l—2 s, po
czym neurony ośrodka wdechu
ponownie pobudzają się i wysyłają
salwę impulsów do rdzenia
kręgowego. Rytmiczność oddechów
związana jest z występującymi po
sobie kolejno okresami pobudzania i
hamowania ośrodka wdechu.

Ośrodek oddechowy

Modulacja aktywności ośrodka

wdechu

• Pobudzenie powstające samoistnie

w ośrodku wdechu jest
modulowane, a więc oddechy
przyspieszają się i są pogłębione
lub zwalniają się i spłycają się na
skutek:

Ośrodek oddechowy

• impulsów wysyłanych przez

receptory i odbieranych przez
neurony wdechowe;

• zmiany wartości pH w

bezpośrednim sąsiedztwie
neuronów wdechowych,

czyli po podrażnieniu

chemodetektorów.

Ośrodek oddechowy

Impulsy nerwowe modulujące aktywność

neuronów ośrodka wdechu biegną od:

• chemoreceptorów kłębuszków szyjnych i

aortowych

• interoreceptorów w tkance płucnej oraz

proprioreceptorów klatki piersiowej;

• ośrodków znajdujących się w wyższych

piętrach mózgowia: z kory mózgu, układu

limbicznego i ośrodka termoregulacji w

podwzgórzu.

Chemoreceptory

• Zasadniczym modulatorem

aktywności ośrodka wdechu są
impulsy aferentne biegnące od
chemoreceptorów kłębuszków
szyjnych i kłębków aortalnych.
Przez kłębki stale przepływają
duże, w stosunku do niewielkiej
ich masy, ilości krwi tętniczej.

Chemoreceptory

• Bodźcem drażniącym chemoreceptory jest

nieznaczne zwiększenie PC02 i
koncentracji jonów wodorowych lub
znaczne zmniejszenie P02 we krwi
tętniczej.

• Impulsacja aferentna jest przewodzona od

kłębków aortowych do rdzenia
przedłużonego za pośrednictwem włókien
biegnących w nerwie IX i w nerwie
błędnym (n. X).

Chemoreceptory

• Impulsacja wysyłana przez podrażnione

chemoreceptory pobudza ośrodek wdechu
i oddechy stają się przyspieszone i
pogłębione. Pod wpływem impulsacji
współczulnej komórki chromochłonne
kłębuszka szyjnego uwalniają dopaminę,
która zmniejsza pobudliwość
chemoreceptorów stanowiących
zakończenia gałązki nerwu językowo-
gardłowego.

Chemoreceptory

• Przez zmianę pobudliwości

chemoreceptorów dochodzi do
zmiany aferentnej impulsacji
biegnącej do ośrodka
oddechowego w rdzeniu
przedłużonym.

Interoreceptory i

proprioreceptory

• Rozciągnięcie tkanki płucnej

pobudza interoreceptory —
mechanoreceptory inflacyjne—
znajdujące się pomiędzy
mięśniami gładkimi oskrzeli i
wyzwala wydech.

Interoreceptory i
proprioreceptory

• Przeciwnie — zmniejszenie stopnia

rozciągnięcia płuc w czasie
wydechu pobudza inne
mechanoreceptory deflacyjne i
wyzwala wdech.

• Są to odruchy Heringa-Breuera.

Interoreceptory i
proprioreceptory

• Podrażnione receptory pod

nabłonkiem dróg oddechowych
wyzwalaj ą odruch kaszlu, receptory J
zaś, występujące pomiędzy
pneumocytami i naczyniami
włosowatymi otaczającymi
pęcherzyki, są wrażliwe na pojawienie
się płynu między- komórkowego.

Interoreceptory i
proprioreceptory

• Podrażnienie płuc, któremu

towarzyszy ich przekrwienie, pobudza
te receptory i powoduje początkowy
bezdech, po którym występują szybkie
i płytkie oddechy. Impulsacja od
interoreceptorów w płucach
przewodzona jest do rdzenia
przedłużonego przez aferentne włókna
nerwu błędnego

Interoreceptory i
proprioreceptory

• Wdechowe lub wydechowe

ustawienie klatki piersiowej drażni
odpowiednie proprioreceptory i
wpływa modulujące na częstość i
głębokość oddechów. Im głębszy
jest wdech, tym głębszy wydech
po nim następuje.

Chemodetektory w rdzeniu

przedłużonym

• W rdzeniu przedłużonym na

powierzchni brzusznej znajdują się
neurony wrażliwe na zmianę
wartości pH płynu mózgowo-
rdzeniowego.

Chemodetektory w rdzeniu

przedłużonym

Zwiększona dyfuzja CO2 z krwi do

płynu mózgowo-rdzeniowego
powoduje zwiększenie w nim;

• stężenia kwasu węglowego

(H2CO3)

• koncentracji jonów wodorowych w

bezpośrednim otoczeniu
chemodetektorów

Chemodetektory w rdzeniu

przedłużonym

Zwiększenie koncentracji jonów

wodorowych podrażnia
chemodetektory, które z kolei
pobudzają ośrodek wdechu.

Wrażliwość chemodetektorów na zmianę

wartości pH zmniejsza się w czasie;

• snu
• ogólnej narkozy

Oddychanie wewnętrzne

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Cząsteczki O2 dyfundujące do wnętrza

komórki wychwytywane są przez

• mitochondria. W obrębie błony

zewnętrznej mitochondriów znajdują się

• wszystkie enzymy cyklu kwasów

trikarboksylowych, czyli cyklu Krebsa,

na

• błonie wewnętrznej zaś enzymy

łańcucha oddechowego

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Metabolity heksoz, aminokwasów i

kwasów tłuszczowych w cyklu
kwasów

trikarboksylowych utleniane są do

dwutlenku węgla i wody z
jednoczesnym

uwolnieniem wolnych atomów

wodoru lub wolnych elektronów.

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Enzymy łańcucha oddechowego

przenoszą atomy wodoru na
tlen.

• W procesie tym powstają

cząsteczki wody.

Gromadzenie energii w

komórce

• Komórki nie czerpią bezpośrednio

energii z utleniania produktów
energetycznych wprowadzonych do
organizmu z zewnątrz.

• Związki, takie jak węglowodany,

aminokwasy i tłuszcze, utleniając się

• wyzwalają energię do syntezy

związków fosforowych
wysokoenergetycznych.

Gromadzenie energii w

komórce

• Wśród związków fosforowych

wysokoenergetycznych najważniejszym,

uniwersalnym przenośnikiem energii

jest adenozynotrifosforan — ATP.

• Adenozynotrifosforan rozszczepia się w

komórce na drodze hydrolizy na
adenozynodifosforan (ADP) i
ortofosforan. Uwolnienie ortofosforanu
wyzwala znaczne ilości energii.

Gromadzenie energii w

komórce

Komórki czerpią energię z ATP do;
• biosyntezy związków,
• aktywnego transportu

wewnątrzkomórkowego przez błony
komórkowe przeciw gradientowi
stężeń,

• ruchu całej komórki.

Gromadzenie energii w

komórce

• Do resyntezy ATP z ADP i

ortofosforanu dostarczana jest energia
z katabolizmu węglowodanów, białek i
tłuszczów. Zwiększenie zawartości w
komórce ADP przyspiesza transport
elektronów i atomów wodoru w
jednostce czasu przez łańcuch
oddechowy i przyspiesza przenoszenie
ich na tlen.

Gromadzenie energii w

komórce

• Zwiększa się zużycie tlenu w

komórce wraz z resyntezą ATP.

• Resynteza 3 cząsteczek ATP z ADP

i ortofosforanu wiąże się z
wytworzeniem l cząsteczki wody,
do czego potrzebne jest pół
cząsteczki tlenu.

Glikoliza

• Niezbędnym materiałem

energetycznym zużywanym przez
komórki w organiźmie jest glukoza.

• Poza rozpadem glukozy pewne ilości

energii są czerpane przez komórki z
innych cukrów prostych oraz
aminokwasów i kwasów
tłuszczowych.

Glikoliza

Rozpad glukozy zachodzi w

warunkach:

• beztlenowych w cytoplazmie —

ostatecznym produktem jest mleczan;

• tlenowych w cytoplazmie i w

mitochondriach — ostatecznymi
produktami są dwutlenek węgla i
woda.

Glikoliza

• W czasie glikolizy beztlenowej w

stadiach początkowych następuje
zużycie energii czerpanej z ATP.
Natomiast w stadiach końcowych
znacznie więcej ATP jest
resyntetyzowane.

Glikoliza

W wyniku ostatecznym energia
wyzwolona z rozpadu glukozy do
mleczanu przenosi się na ATP. Z
rozpadu jednej cząsteczki glukozy w
warunkach glikolizy beztlenowej są
resyntetyzowane netto 2 cząsteczki
ATP

Glikoliza

• Glikoliza w warunkach tlenowych

przebiega do pirogronianu.
Pirogronian jest wprowadzany do
cyklu kwasów trikarboksylowych
przy udziale acetylo-koenzymu A.

Glikoliza

• Glikoliza w warunkach tlenowych jest

znacznie wydajniejsza energetycznie
od beztlenowej. Z rozpadu jednej
cząsteczki glukozy w warunkach
tlenowych do dwutlenku węgla i wody
resyntetyzuje się 38 cząsteczek ATP. W
warunkach tlenowych glikoliza
przebiega również przez cykl
pentozowy.

Przemiana w organiźmie

• Wyzwolenie energii z

węglowodanów, białek i tłuszczów
wiąże się z utlenianiem produktów
ich rozpadu.

• Mierząc zużycie tlenu w jednostce

czasu, można pośrednio oznaczyć
energię wytworzoną w organizmie.

Przemiana w organiźmie

• Zużycie l L tlenu przez organizm

wyzwala przeciętnie około 20,2 kJ.

Przemiana w organiźmie

• Jest to energetyczny równoważnik

tlenu oznaczony metodą
kalorymetrii pośredniej, w
odróżnieniu od kalorymetrii
bezpośredniej polegającej na
oznaczeniu energii wytworzonej w
organiźmie na podstawie wartości
energetycznej spożytych pokarmów

Współczynnik oddechowy

• Współczynnik oddechowy — RQ —

wskazuje na stosunek
objętościowy pomiędzy
uwolnionym z organizmu
dwutlenkiem węgla i pochłoniętym
tlenem w jednostce czasu .

Współczynnik oddechowy

Współczynnik oddechowy
• dla węglowodanów wynosi 1,0
• dla białek średnio około 0,82
• dla tłuszczów około 0,7.

Współczynnik oddechowy

• Węglowodany zawierają w każdej

cząsteczce jednakowy stosunek
atomów wodoru do atomów tlenu.
Cały tlen pochłaniany w czasie
utleniania węglowodanów jest
zużywany do wytwarzania
dwutlenku węgla

Współczynnik oddechowy

Utlenianie tłuszczów wymaga więcej

tlenu. Jest on zużywany w
organiźmie do wytwarzania
jednocześnie dwutlenku węgla i
wody.

Podstawowa przemiana

materii

• Mierząc zużycie tlenu przez

organizm w ściśle określonych
warunkach, można uzyskać dane
porównawcze odnoszące się do
przemiany materii w organizmach

różnych ludzi.

Podstawowa przemiana

materii

Warunki pomiaru zużycia tlenu w

jednostce czasu są następujące:

• całkowity spoczynek fizyczny i

psychiczny, pozycja leżąca;

• od 12 do 14 godzin po ostatnim

posiłku;

• temperatura otoczenia +20°C

Podstawowa przemiana

materii

• Zużycie tlenu w jednostce czasu w

tych warunkach wiąże się z
wyzwoleniem energii dla procesów
fizjologicznych niezbędnych do
utrzymania człowieka przy życiu i
nosi nazwę podstawowej
przemiany materii

Podstawowa przemiana

materii

Podstawowa przemiana materii

zależy od:

• powierzchni ciała;

• wieku badanego człowieka;
• płci.

Podstawowa przemiana

materii

Podstawowa przemiana materii w

przeliczeniu na metr kwadratowy
powierzchni ciała zmniejsza się w
miarę przybywania lat. U płci
męskiej jest ona większa,

a u płci żeńskiej mniejsza.

Podstawowa przemiana

materii

Wiele czynników pobudza przemianę

materii i zwiększa zużycie tlenu przez
organizm w jednostce czasu.

Są to:
• praca fizyczna;
• praca umysłowa i stany emocjonalne;

• niska lub wysoka temperatura otoczenia

Podstawowa przemiana

materii

Czynniki wpływające na przemianę

materii

• zwiększenie zawartości niektórych

hormonów we krwi, zwłaszcza
hormonów gruczołu tarczowego i
hormonów rdzenia nadnerczy;

• trawienie i przyswajanie pokarmów.

Podstawowa przemiana

materii

• Praca fizyczna zwiększa zużycie

energii w mięśniach
szkieletowych.

• U ludzi pracujących fizycznie

przemiana materii jest 0,5—2 razy
większa od

podstawowej przemiany materii

Podstawowa przemiana

materii

Umiarkowany wysiłek fizyczny w

ciągu doby obejmuje:

• 8 godzin pracy fizycznej o

umiarkowanej ciężkości,

• 6 godzin zajęć siedzących,
• 2 godziny chodzenia i
• 8 godzin leżenia w łóżku

Podstawowa przemiana

materii

• Zapotrzebowanie energetyczne

opracowane przez Światową
Organizację do Spraw Żywienia i
Żywności (FAO) i Światową
Organizację Zdrowia (WHO)

Podstawowa przemiana

materii

Poza ogólnym zapotrzebowaniem na

energię konieczne jest białko w
pokarmach, na które
zapotrzebowanie u „standardowego"
mężczyzny wynosi 0,57 g na l kg
masy ciała na dobę, u „standardowej
kobiety" zaś 0,52 g na l kg masy
ciała na dobę.

Podstawowa przemiana

materii

• Niska temperatura otoczenia, poniżej

20°C, zwiększa utratę ciepła i
przyspiesza metabolizm w organizmie w
celu utrzymania stałej temperatury ciała.

• Temperatura otoczenia wyższa o

kilkanaście lub kilkadziesiąt stopni od
20°C wymaga dodatkowej energii na
odprowadzenie ciepła z organizmu i

zapobieżenie przegrzaniu.

Podstawowa przemiana

materii

• Trawienie i przyswajanie

składników pokarmowych
zwiększaj ą przemianę materii, co
nosi nazwę swoistego
dynamicznego działania
pokarmów.

Podstawowa przemiana

materii

W warunkach pomiaru zużycia tlenu,

wykonanego tak jak przy oznaczaniu

podstawowej przemiany materii

(BMR), po spożyciu węglowodanów

lub tłuszczów w ilości równoważnej

419 kJ, następuje zwiększenie

przemiany o kilkanaście kilodżulów.

Podstawowa przemiana

materii

Po spożyciu natomiast białka w ilości

równoważnej 419 kJ przemiana
zwiększa
się o 126 kJ. Świadczy to o tym, że
białka wymagają znacznie
większego zużycia energii do ich
przyswojenia niż węglowodany i
tłuszcze.