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.