Układ oddechowy
ODDYCHANIE
J est to proces polegający na wyzwalaniu energii zgromadzonej w organizmie.
Dzieli się ono na ;
1. oddychanie zewnętrzne - polegające na wprowadzeniu cz ą steczek tlenu atmosferycznego do wnętrza komórek, i jednocześnie odprowadzeniu z komórek dwutlenku węgla.
ODDYCHANIE
Dzieli się na ;
wentylację płucną
dyfuzję gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym i krwią,
transport gazów za pośrednictwem krwi
dyfuz ję gazów między krwią i komórkami
oddychanie wewnętrzne - czyli wewnątrzkomórkowe- cząsteczki tlenu wchodzą w reakcje chemiczne.
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 .
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
Konskwencją tego jest rozciąganie tkanki płucnej, obniżenie ciśnienia w pęcherzykach płucnych, i drogach oddechowych i następuje napływ powietrza do pł uc celem wyrównania różnicy ciśnień.
Na szczycie wdechu następuje rozkurcz m. wdechowych i klatka piersiowa zmniejsza sw o ją objętość (dzięki sile wywieranej przez elementy sprężyste tkanki płucnej), następuje wzrost ciśnienia w pęcherzykach płucnych powyżej ciśnienia atmosferycznego i usuwanie powietrza na zewnątrz.
Wydech jest aktem biernym, nie wymaga skurczów mięśni, lecz przy nasilonym wydechu biorą udział mięśnie międzyżebrowe wew.
Średnia ilość oddechów na minutę wynosi 16.
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 zalegającą czynnościową -jest to ilość powietrza pozostająca w płucach po spokojnym wydechu, i na nią składa się ;
objętość zalegająca i
objętość zapasowa wydechowa
Pojemność życiowa płuc - tj ilość powietrza , którą można usunąć z płuc po wcześniejszym wykonaniu
maksymalnego wdechu w czasie maksymalnego wydechu.
W czasie swobodnego wdechu do dróg oddechowych przedostaje się około
500ml powietrza(500mlxl6/min=8 litr /minut ę), 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 )
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 sie ć naczyń włosowatych otaczających pęcherzyki.
W tych naczyniach stale znajduje się około 100 mL krwi.
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 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.
W kierunku przeciwnym dyfundują cząsteczki C02.
We krwi dopływającej do naczyń włosowatych pęcherzyków PCo2 jest większe, w powietrzu pęcherzykowym zaś PCo2 jest mniejsze
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
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 .
Cząsteczki CO2 dyfundują z osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate do światła pęcherzyków, tj. w kierunku przeciwnym niż cząsteczki 02.
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-
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.
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
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
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 .
Krew w zbiorniku żylnym płucnym ma P O 2= 12,7 kPa i hemoglobina jest wysycona tlenem w 97%.
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).
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 Ľ transportowanego tlenu.
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
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 .
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
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.
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 P C o2 = 6,1 kPa .
Dwutlenek węgla dyfundujący z tkanek do krwi przepływającej przez naczynia włosowate jest transportowany do płuc:
około 6% w postaci CO2 rozpuszczonego na zasadzie rozpuszczalności fizycznej w osoczu i w cytoplazmie erytrocytów;
około 88% w postaci jonów HCO3 związanych przez wodorowęglanowy układ buforowy osocza i erytrocytów;
około 6% w postaci karbaminianów, CO2 związanego z wolnymi grupami aminowymi białek osocza i hemoglobiny.
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 .
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 krw i
tętniczej powoduje wędrówkę jonów Cl przez otoczkę erytrocytów .
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.
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.
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.
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.
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
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.
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
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 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
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 pneumotaksyczny hamuje zwrotnie ośrodek wdechu na l—2 s, po czym neurony ośrodka wdechu ponownie pobudzają się i wysyłają sa l w ę impulsów do rdzenia kręgowego. Rytmiczność oddechów związana jest z występującymi po sobie kolejno okresami pobudzania i hamowania ośrodka wdechu .
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:
- impulsów wysyłanych przez receptory i odbieranych przez neurony wdechowe;
- zmiany wartości pH w bezpośrednim sąsiedztwie neuronów wdechowych,
czyli po podrażnieniu chemodetektorów.
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 .
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).
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.
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 .
Przeciwnie — zmniejszenie stopnia rozciągnięcia płuc w czasie wydechu pobudza inne mechanoreceptory deflacyjne i wyzwala wdech.
Są to odruchy Heringa-Breuera.
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 - kom ó rkowego.
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
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.
Zwiększona dyfuzja CO2 z krwi do płynu mózgowo-rdzeniowego powoduje zwiększenie w nim ;
stężenia kwasu węglowego (H2CO3)
koncentracji jonów wodorowych w bezpośrednim otoczeniu chemodetektorów
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
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 .
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.
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.
Komórki czerpią energię z ATP do;
biosyntezy związków,
aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego przez błony komórkowe przeciw gradientowi stężeń ,
ruchu całej komórki.
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.
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 organi ź mie jest glukoza .
Poza rozpadem glukozy pewne ilości energii są czerpane przez komórki z innych cukrów prostych oraz aminokwasów i kwasów tłuszczowych.
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 .
W czasie glikolizy beztlenowej w stadiach początkowych następuje zużycie energii czerpanej z ATP. Natomiast w stadiach końcowych znacznie więcej ATP jest resyntetyzowane.
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 w warunkach tlenowych przebiega do pirogronianu. Pirogronian jest wprowadzany do cyklu kwasów trikarboksylowych przy udziale acetylo-koenzymu A.
Glikoliza w warunkach tlenowych jest znacznie wydajniejsza energetycznie o d 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 organi ź mie
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.
Zużycie l L tlenu przez organizm wyzwala przeciętnie około 20,2 kJ.
Jest to energetyczny równoważnik tlenu oznaczony metodą kalorymetrii pośredniej, w odróżnieniu od kalorymetrii bezpośredniej polegającej na oznaczeniu energii wytworzonej w organi ź mie 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
dla węglowodanów wynosi 1,0
dla białek średnio około 0,82
dla tłuszczów około 0,7.
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
Utlenianie tłuszczów wymaga więcej tlenu. Jest on zużywany w organi ź mie 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.
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
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 zależy od:
- powierzchni ciała;
- wieku badanego człowieka;
- płci.
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.
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
Czynniki wpływające na przemianę materii
- zwiększenie zawartości niektórych hormonów we krwi, zwłaszcza hormonów gruczołu tarczowego i hormonów - - rdzenia nadnerczy;
- trawienie i przyswajanie pokarmów.
Praca fizyczna zwiększa zużycie energii w mięśniach szkieletowych.
U ludzi pracujących fizycznie przemiana materii jest 0,5—2 razy większa od podstawowej przemiany 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
Zapotrzebowanie energetyczne opracowane przez Światową Organizację do Spraw Żywienia i Żywności (FAO) i Światową Organizację Zdrowia (WHO )
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.
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.
Trawienie i przyswajanie składników pokarmowych zwiększaj ą przemianę materii, co nosi nazwę swoistego dynamicznego działania pokarmów.
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.
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 .
7