Információ

Kiszámolható-e képletből a légzési hányados, vagy közvetlenül kell mérni?

Kiszámolható-e képletből a légzési hányados, vagy közvetlenül kell mérni?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

A következő kérdést találtam a légzési hányadosra vonatkozóan:

A normál emberi étrendben a légzési hányados (RQ) körülbelül 0,85. Tekintettel arra, hogy a zsírsavak tiszta oxidációjának légzési hányadosa (RQ) 0,7, a szénhidrátok tiszta oxidációjának légzőszervi hányadosa (RQ) 1, meg lehet határozni a zsír aerob légzéséhez használt oxigén mennyisége és a zsír mennyisége közötti hányadát. A szénhidrátok aerob légzésére használják?

Az én megoldásom:

$$ ext{glükóz} + ce{O_2} + ext{zsír} + x , ce{O_2 ightarrow} ce{CO_2} + 0,7x , ce{CO_2} , + ce {H2O}$$

Ne feledje, hogy nem egyensúlyoztam ki az egyenletet, kivéve a $ce{O_2}$ és a $ce{CO_2}$ esetében, ahol együtthatókat adtam hozzá az adott RQ alapján. Ez az egyenlet a következőt adja: $$ ext{RC}_{total}=frac{1+0,7x}{1+x} = 0,85$$

Ebből következik, hogy $1+0,7x=0,85(1+x)$, ami $x=1$-t ad, tehát a zsírok aerob légzéséhez használt oxigén mennyisége és a szénhidrátok aerob légzésére felhasznált oxigén mennyisége egyenlő.

Ez korrekt?


Ellenőrzött légköri technológia

A.K. Thompson , D. Bishop , az Élelmiszertudományi Referencia modulban , 2016

Légzési hányados

A légzési hányados a mol CO mértéke 2 anyajegyekké fejlődött O2 felszívódik a növényi sejtekben. Ez 1, ha a szubsztrát szénhidrát, de alacsonyabb a lipidek és fehérjék esetében. Burton (1952) 10°C-on, 5-7 kPa CO-ban tárolt burgonyában mérte az RQ-t.2 legfeljebb 14 hétig. A megnövekedett CO2 csökkentette mind az O2 felvétel és CO2 25-30%-kal, de az RQ nem változott, és 1 közelében maradt. Wollin et al. (1985) megvitatták annak lehetőségét, hogy RQ-t fel lehet használni a legalacsonyabb O kiszámítására2 a gyümölcstárolásban elviselhető szint egy automatizált CA-rendszerbe való beépítésre. Yearsley és mtsai. (1996) úgy ítélték meg, hogy az RQ fermentációs küszöb a valódi alsó O legbiztonságosabb becslése.2 korlát a tárolási légkör optimalizálásához.


Számítás

A légzési hányados (RQ) a következő arányból számítható ki:

RQ = CO2 gyártott / O2 elfogyasztott

Ebben a számításban a CO2 és O2 azonos egységekben és a molekulák számával arányos mennyiségben kell megadni. Az elfogadható bemenetek vagy mólok, vagy normál hőmérsékletű és nyomású gáztérfogatok lennének (az időegységek szerepelhetnek, de ezek kihagyják, mivel a számlálóban és a nevezőben azonosnak kell lenniük).

A metabolikus egyensúlyban lévő szervezetek légzési együtthatóinak tartománya általában 1,0-től (ami a tiszta szénhidrát-oxidációra várt értéket képviseli) és

0,7 (a tiszta zsír oxidációjára várható érték). Lásd a BMR-t a számok származtatásának megvitatásához. A zsírból és szénhidrátból álló vegyes étrend átlagos értéket eredményez ezek között a számok között. An RQ 1,0 fölé emelkedhet, ha a szénhidrátot égető szervezet zsírt termel vagy "lerak" (például a hibernálásra készülő medve).

RQ érték megfelel minden liter (L) CO-ra vonatkozó kalóriaértéknek2 előállított. Ha O2 A fogyasztási számok rendelkezésre állnak, általában közvetlenül használják őket, mivel közvetlenebb és megbízhatóbb becslések az energiatermelésről.

RQ a mérés szerint magában foglalja a fehérjéből előállított energia hozzájárulását. Azonban a különböző aminosavak metabolizálódási módjainak összetettsége miatt nincs egyetlen RQ az étrendben lévő fehérje oxidációjához rendelhető.


Növekedési kinetika

Ghasem D. Najafpour , . Ghasem Najafpour, Biokémiai mérnöki és biotechnológia, 2007

6. példa

A légzési hányadost (RQ) gyakran használják a metabolikus sztöchiometria becslésére. Kvázi állandósult állapotot használva és definíció szerint RQ, alakítsunk ki két lineáris egyenletrendszert két ismeretlennel egy mátrix megoldásával a következő feltételek mellett: a mátrix együtthatója élesztőgomba növekedéssel (γ = 4,14), ammónia (γN = 0) és glükóz (γS = 4,0), ahol a CO evolúciója2 és a bioszintézis nagyon kicsi (σ = 0,095). Számítsa ki a sztöchiometrikus együtthatót! RQ = 1.0 a fenti biológiai folyamatokhoz:


Kiszámolható-e képletből a légzési hányados, vagy közvetlenül kell mérni? - Biológia

Számos módszer létezik a szervezet metabolikus szabályozásának elemzésére. Emberben a glükóz, a pajzsmirigyhormonok és a pajzsmirigy-stimuláló hormon, az inzulin, a glukagon, az oxigén és a szén-dioxid szintje mind mérhető a vérben. Mivel ezek a hormonok és szubsztrátok előre láthatóan befolyásolják az anyagcserét, felhasználhatók az anyagcsere-funkció indikátoraiként. A rendellenességek indikátoraként is használhatók, mint például a vércukorszint vagy a pajzsmirigy-stimuláló hormon esetében.

MCAT SZAKÉRTÉKELÉS

Az MCAT nem várja el Öntől, hogy tudja, milyen szintek az egészségesek bármelyik indikátor esetében, de könnyen felvethet adatértelmezési kérdéseket azokkal kapcsolatban.

Respirometria lehetővé teszi a légzési hányados pontos mérését, amely a szervezet által használt tüzelőanyagoktól függően változik. Az légzési hányados (RQ) kísérletileg mérhető, és a következőképpen számítható ki:

Egyenlet&ensp12.3

adott tüzelőanyag-forrás teljes elégetéséhez. A szénhidrátok légzési hányadosa 1,0, míg a lipidek légzési hányadosa 0,7 körüli. Pihenő egyéneknél a légzési hányados általában 0,8 körül van, ami azt jelzi, hogy zsírt és glükózt is fogyasztanak. A légzési hányados nagy stressz, éhezés és testmozgás esetén változik, ahogy azt a különböző hormonok működése megjósolja.

Kaloriméterek mérni tudja alap anyagcsere sebesség (BMR) a környezettel való hőcsere alapján. A humán kalorimetria nagy szigetelt kamrákat használ speciális hűtőbordákkal az energiafelhasználás meghatározására. A tesztelés izolacionista jellege és a kalorimetriás kamra létrehozásának költsége miatt a BMR egyéb mértékei előnyben részesítendők. A korábbi kísérletek miatt a BMR megbecsülhető életkor, súly, magasság és nem alapján.

Eddig nagyon kis léptékben tárgyaltuk az anyagcserét, de az anyagcsere-szabályozás is szerepet játszik a testtömeg fenntartásában (fogyás vagy növekedés). A testtömeget elsősorban több tényező határozza meg, többek között a víz, a szénhidrátok, a fehérjék és a lipidek, míg a nukleinsavak nem járulnak hozzá jelentősen a fenntartásához. A szénhidrátok és fehérjék össztömege az idő múlásával általában stabil, bár a hosszan tartó éhezés vagy jelentős izomépítő tevékenység némileg módosíthatja. A vizet az endokrin rendszer és a vesék nagyon gyorsan hozzáigazítják, ezért nem számít bele az elhízásról és a súlyszabályozásról szóló vitánkra. A víz a gyakori kisebb súlyingadozások elsődleges forrása, mivel gyorsan módosítható. Ezért a zsírsejtekben tárolt lipidek a testtömeg időbeli fokozatos változásának elsődleges tényezői.

Az a személy, aki megőrzi testsúlyát, minden nap ugyanannyi energiát fogyaszt, mint amennyit átlagosan elkölt. Ha az elfogyasztott energia hosszabb ideig meghaladja az energiafelhasználást, akkor a zsírraktárak felhalmozódnak. Ennek az ellenkezője is látható. Ha energiahiány áll fenn, ahol az elfogyasztott kalóriák kevesebbek, mint az elégetett kalóriák, akkor súlycsökkenés figyelhető meg. Az egyének tömegének növekedésével az alapanyagcsere (egy ülő naphoz szükséges energiamennyiség) is növekszik. Így a kalóriatöbblet a testtömeg növekedését okozza mindaddig, amíg el nem éri az egyensúlyt az új alapanyagcsere és a meglévő bevitel között. A fogyásban fordított tendencia figyelhető meg.

Ennek a hatásnak van a küszöb ami az egyének között különbözik. A bevitel kismértékű módosításait, akár hosszabb időn keresztül is, részben vagy teljesen kompenzálják az energiafelhasználás változásai. Hasonlóképpen, az aktivitási szint kismértékű növekedését vagy csökkenését az éhség változása kompenzálja. A testtömeg szándékos megváltoztatása e küszöbszint feletti változtatásokat igényel, ami a negatív energiamérlegben magasabb, mint a pozitív energiamérlegben, más szóval, nagyobb változtatásokat kell végrehajtani a fogyáshoz, mint a gyarapodáshoz.

Az étrend (energiabevitel) és a testmozgás (energiafelhasználás), a genetika, a társadalmi-gazdasági státusz és a földrajz mind kulcsszerepet játszanak a súlykontrollban. Amint azt korábban leírtuk, a pajzsmirigyhormonok, a kortizol, az epinefrin, a glukagon és az inzulin által végzett hormonális szabályozás kritikus fontosságú az anyagcsere integrációjához. Ezenkívül vannak olyan hormonok, amelyek szabályozzák az éhséget és a jóllakottságot, beleértve ghrelin, orexin, és leptin. Gondolkoztál már azon, hogy ha nem is érzed magad éhesnek, miért leszel hirtelen éhes, amikor belépsz kedvenc éttermedbe? Ez a ghrelin és az orexin feladata. Ghrelin a gyomor választja ki a közelgő étkezés jeleire reagálva. A látás, a hang, az ízlelés és különösen a szaglás mind-mind a felszabadulás jelei. A ghrelin növeli az étvágyat és serkenti az orexin kiválasztását. Orexin tovább növeli az étvágyat, és részt vesz az éberségben és az alvás-ébrenlét ciklusban. A hipoglikémia szintén az orexin felszabadulásának kiváltó oka. Leptin a zsírsejtek által kiválasztott hormon, amely csökkenti az étvágyat az orexintermelés elnyomásával. A leptinmolekulában és receptoraiban előforduló genetikai eltérések szerepet játszanak az elhízásban. A 12.11. ábra bal oldalán látható a leptin termelésére képtelen kiütött egér. Ezek a hírvivők és receptorok jelenleg a jelenlegi kutatások célpontjai, az MCAT testtömeg-módosításával kapcsolatos kérdések többnyire az étkezésre és a testmozgásra vonatkoznak.

Ábra 12.11. Leptin Knockout Mouse (balra) Összehasonlítva a normál egérrel (jobbra)

A motiváció, egy pszichológiai fogalom, amelyet az 5. fejezet tárgyal MCAT Behavioral Sciences Review, gyakran fiziológiai késztetésekkel és jelátviteli útvonalakkal függ össze. A hipotalamusz, amely orexint termel, és reagál a leptinre és a ghrelinre, felelős az éhség, a szomjúság és a libidó szabályozásáért.

MCAT Concept Check 12.7:

Mielőtt továbblép, mérje fel ezekkel a kérdésekkel, hogy megértette-e az anyagot.

1. Várhatóan hogyan fog változni a légzési hányados, amikor egy személy nyugalmi állapotból rövid gyakorlatra vált?

2. Igaz vagy hamis: A testtömeg megjósolható önmagában a leptin receptor fenotípusa és a kalóriabevitel alapján.

3. Igaz vagy hamis: könnyebb hízni, mint fogyni.

4. Ha egy tanulmányt tervezne az anyagcsere felmérésére, melyik mérési módszert választaná? Védd meg válaszod.


A légzéscsere aránya

Az arányt a kilégzett gázok és a szobalevegő összehasonlításával határozzák meg. Ennek az aránynak a mérése felhasználható a légzési hányados (RQ) becslésére, amely azt jelzi, hogy melyik tüzelőanyag (pl. szénhidrát vagy zsír) metabolizálódik, hogy a szervezetet energiával látja el. A RER használata az RQ becslésére csak pihenés és enyhe vagy mérsékelt aerob edzés közben pontos, a laktát felhalmozódása nélkül. Az intenzívebb anaerob edzés során a pontosság elvesztése többek között olyan tényezőknek köszönhető, mint a bikarbonát pufferrendszer. A szervezet megpróbálja kompenzálni a laktát felhalmozódását és minimalizálni a vér elsavasodását több szén-dioxid kiszorításával.2 a légzőrendszeren keresztül. [3]

A 0,7 körüli RER azt jelzi, hogy a zsír a túlsúlyban lévő tüzelőanyag, az 1,0 érték azt jelzi, hogy a szénhidrát a domináns üzemanyagforrás, a 0,7 és 1,0 közötti érték pedig zsír és szénhidrát keverékére utal. [4] A vegyes étrend általában körülbelül 0,8 RER-nek felel meg. [5] A RER intenzív edzés közben is meghaladhatja az 1,0 értéket. Az 1,0 feletti érték nem a szubsztrát anyagcserének tulajdonítható, hanem a bikarbonát puffereléssel kapcsolatos, fent említett tényezőknek. [3]

A RER kiszámítását általában terhelési tesztekkel, például VO-val együtt végzik2 max teszt. Ez indikátorként használható arra vonatkozóan, hogy a résztvevők a kimerültséghez közelednek, és szív-légzőrendszerük határaihoz közeledik. Az 1,0-nál nagyobb vagy egyenlő RER-t gyakran használják a VO másodlagos végpont kritériumaként2 max teszt. [3]


Dokumentálja a maximális erőfeszítést – RER

A légzési hányadost és a RER-t egyaránt a termelt szén-dioxid (CO2) térfogatának és a felhasznált oxigén (O2) térfogatának vagy VCO2/VO2-nek a hányadosaként számítják ki. A légzési hányados, amely jellemzően 0,7 és 1,0 között mozog, a szövetekben az anyagcsere-üzemanyag- vagy szubsztrát-felhasználás mutatója, amelyet nyugalmi vagy állandósult edzési körülmények között kell kiszámítani. A 0,7-es arány a vegyes zsírfogyasztást, míg az 1,0-es arány a kizárólag szénhidrát-használatot jelöl.33 Így alacsony intenzitású, egyensúlyi állapotú edzés során a légzési hányados és a RER jellemzően 0,80 és 0,88 között van, amikor a zsírsavak az elsődleges tüzelőanyag.

Ahogy az edzés intenzitása nő, és a szénhidrátok domináns vagy elsődleges üzemanyaggá válnak, a légzési hányados és a RER 0,9 és 1,0 közé emelkedik. Mivel a légzési hányados a szöveti szubsztrát felhasználást tükrözi, nem haladhatja meg az 1,0-t. Ezzel szemben a CO2 és O2 légúti cseréjét tükröző RER rendszerint meghaladja az 1,0 értéket megerőltető edzés során. Nem steady-state, megerőltető edzés során a CO2-termelés volumene a hiperventiláció és a vázizmokból származó vér tejsav fokozott pufferelése következtében megemelkedik, így a RER már nem a szubsztráthasználatot, hanem a magas lélegeztetési rátákat és a vér laktáttartalmát tükrözi. szinteket.

Mivel a RER reprodukálhatóan növekszik edzés közben, ez olyan paraméternek tekinthető, amely képes dokumentálni a maximális erőfeszítést. Issekutz33, aki elsőként javasolta a RER használatát a VO2max kritériumaként, megjegyezte, hogy ennek meg kell haladnia az 1,15-öt. A magasabb érték a VO2max pontosabb értékelésére utalhat. Az 1,15-ös érték ésszerűnek tűnik, bár nem mindenki tudja elérni. A tanulmányok 1,00, 1,05, 1,10 és 1,13 értékeket jegyeztek fel a maximális teljesítmény kritériumaként, de jelenleg nem sikerült egyértelmű konszenzusra jutni.

A légzési kicserélődési arány (RER) és a légzési hányados (RQ) közötti különbség

A légzési kicserélődési arány (RER) és a légzési hányados (RQ) két olyan kifejezés, amelyet nem mindenki ismer, de hallottak a sporttal, fitneszzel vagy fiziológiával kapcsolatban, amelyek az emberi biológia részét képezik. Minden emberi test, sőt minden élőlény részt vesz a légzési cserearányban (RER) és a légzési hányadosban (RQ), függetlenül attól, hogy tudatában van-e ennek vagy sem.

A két fogalom összekeverése meglehetősen gyakori, mivel nemcsak hogy hasonlónak hangzanak, hanem egymással is összefüggenek. Ezt a dinamikát tovább bonyolítja, hogy pihenéskor valójában ugyanazok.

Ahogy a neve is sugallja, a RER, a Respiratory Exchange Ratio rövidítése egy olyan arány, amely a termelt szén-dioxid (CO2) mennyiségét a felhasznált oxigén (O2) mennyiségéhez viszonyítva méri. Az emberek általában több oxigént lélegeznek be, mint a kilélegzett szén-dioxidot. Ezért az arány hasznos a különbség mérésére, amely a fizikai egészségre utalhat.

Ahogy a neve is sugallja, a RER, a Respiratory Exchange Ratio rövidítése egy olyan arány, amely a termelt szén-dioxid (CO2) mennyiségét a felhasznált oxigén (O2) mennyiségéhez viszonyítva méri. Az emberek általában több oxigént lélegeznek be, mint a kilélegzett szén-dioxidot. Ezért az arány hasznos a különbség mérésére, amely a fizikai egészségre utalhat.

Az arányt általában úgy mérik, hogy összehasonlítják a szoba levegőjét a kilélegzett gázokkal, hogy megtalálják a különbséget. Az egyszer kiszámított arány nagyon hasznos lehet a légzési hányados (RQ) meghatározásához.

A légzési hányados (RQ), más néven légzési együttható, egy olyan szám, amely nagyon hasznos az alap metabolikus ráta (BMR) kiszámításához. A légzési hányadost (RQ) a következő képlettel számítjuk ki: RQ = kivont CO2 / elfogyasztott O2. Manapság meglehetősen elterjedt a respirométer nevű készülék használata az RQ kiszámításához.

Ez az oka annak, hogy a kettőt gyakran összekeverik, a RER-hez hasonlóan az RQ is méri a keletkezett szén-dioxid (CO2) mennyiségét a felhasznált oxigén (O2) mennyiségéhez viszonyítva. Míg azonban a RER arányként számítja ki, addig az RQ hányadosként, azaz számként számolja ki. Bár első pillantásra a kettő azonosnak tűnhet, van azonban bizonyos különbség a kettő között. A RER az az arány, amely elosztja, hogy melyik kapja meg az RQ-t, amelyet viszont az alap metabolikus ráta (BMR) számításánál használnak fel, ha azt a szén-dioxid-termelésből becsülik. Ezért elmondható, hogy a RER felhasználható az RQ kiszámítására, amelyet a BMR kiszámításához használnak.

Egy másik további különbség a kettő között a két ábra alkalmazásai között van. Mivel a RER kiszámítja a szervezet által felhasznált oxigén mennyiségét, az elhasznált szén-dioxid mennyiségéhez képest a RER az aktivitás mennyiségétől függően ingadozni fog. Egy mozdulatlanul ülő személynek alacsonyabb az aránya, mint az intenzíven edzõvel, aki ideális esetben nagyobb mennyiségû szén-dioxidot bocsát ki, így magasabb arányt eredményez.

Mind a RER, mind az RQ a szervezet által üzemanyagként felhasznált anyag típusától függően ingadozik, azaz a zsírok, szénhidrátok, fehérjék stb. különböző arányban és hányadosban adnak hozamot, amivel fel lehet mérni a személy egészségi állapotát. és a testösszetételt és ennek megfelelően javítani.

Míg az RQ fogyókúrához és fitneszhez használható, az RQ elsődleges alkalmazása krónikus obstruktív tüdőbetegség esetén. Itt a betegeknek sok energiát kell fordítaniuk a légzésre. Ha kiderítjük, mely élelmiszerek eredményezik a legtöbb RQ-t, az RQ lecsökkenthető, így energia megtakarítást eredményez, amelyet egyébként légzési erőfeszítésre fordítottak volna. Ezt az energiát aztán valahol máshol lehet hasznosítani. Az 1-hez közelebbi RQ általában azt jelenti, hogy több szénhidrát éget el, a 0,7-hez közelebbi érték pedig azt, hogy zsírt éget el.

A légzési cserearány (RER) és a légzési hányados (RQ) összehasonlítása:


Az energiakiadás mérése (diagrammal)

Az egységnyi idő alatti teljes energiafelhasználást metabolikus rátának nevezzük. Közvetlenül vagy közvetve mérhető, mint az élelmiszerek fűtőértéke esetében. Az egyének energiafelhasználásának mérésére szolgáló közvetlen módszerben az Atwater kalorimétert használják, amely egy kamrából áll, amelyben egy személy több napig élhet és dolgozhat, és lehetővé teszi a teljes hőkibocsátásának mérését.

Az így mért energiafelhasználás összefüggésbe hozható a nettó energiabevitellel, amely a táplálékban lévő energia, mínusz a vizeletben és a székletben elvesztett energia. Az Atwater’ kísérletei, amelyek az energiafelvételt és az energiakibocsátást mérték, több napig tartottak, és következetesen sikerült kimutatnia, hogy a bemenet és a kimenet között méltányos egyetértés van.

Bár manapság a technika nehézségei miatt senki sem használja az emberi kalorimétert, az Atwater’ kísérlete volt az első a maga nemében, amely bebizonyította, hogy az emberi test úgy viselkedik, mint bármely tüzelőanyaggal működő motor, így kiszedi a szelet a vitorlákból. az életerős szellemekkel rendelkező élő anyag elméletéről.

Az egyének energiafelhasználásának mérésére és visszajelzésére általánosan használt két közvetett módszer a következő:

1. A Benedict-Roth spirométeres módszer:

Ez egy zárt rendszerű légzőkészülék, amely oxigénnel van feltöltve, és körülbelül 6 literes. Az oxigén egy fémdobban található, amely a vízzáron úszik. Az a személy, akinek O2 a fogyasztást mérni kell, belélegzi az oxigént egy be- és légzési szelepen keresztül, és egy kilégzési szelepen és egy nátronmész tartályon keresztül lélegzik ki a dobba, így a CO2 keletkezett felszívódik.

Ahogy az O2 elhasználódik, a dob elsüllyed, mozgását ebből egy kimográfra szerelt mozgó papírra rögzítik, leolvasható az oxigénfogyasztás mértéke. A készülék pontos és egyszerűen használható. Hátránya, hogy csak akkor használható, ha az ember nyugalomban van vagy nagyon enyhe testmozgást végez.

2. Douglas Bag módszer:

Ez egy változó űrtartalmú vászon vagy műanyag zacskó, általában 100, 200 vagy 300 literes. Az alany egy belégzési és kilégzési szelepeket tartalmazó szájdarabon keresztül lélegzik. A szoba levegőjét belélegezzük, de a kilégzést a Douglas zsákba kell belélegezni, így az összes kilélegzett levegő abban összegyűlik.

Ezután a zsákot egy gázmérőn keresztül kiürítik, és a kilélegzett levegőből mintát vesznek az O elemzéséhez.2 és CO2 tartalom, amelyből az oxigénfelhasználás és a CO2 termelés kiszámítható. Ennek a módszernek az az előnye, hogy mind az O2 fogyasztás és CO2 a termelés különböző szintű aktivitás vagy izommozgás esetén mérhető.

Légzési hányados:

A légzési hányados (RQ) a szén-dioxid térfogatának arányát méri (Vc), amelyet az egyén az elfogyasztott oxigén mennyiségére állít elő (Vo).

Ezt a következő egyenlet ábrázolja:

Ez a hányados hasznos, mert a CO térfogata2 és O2 attól függ, hogy melyik tüzelőanyag-forrás metabolizálódik. Az RQ mérése kényelmes módja annak, hogy információt szerezzen az ember által használt energiaforrásról.

Ezután összehasonlíthatjuk egy személy anyagcseréjét különböző környezeti feltételek között, egyszerűen összehasonlítva a különböző élelmiszerek RQ-ját:


A NÉGY LEGFONTOSABB EGYENLET A KLINIKAI GYAKORLATBAN

Négy egyenletet tanítanak röviden az orvosi egyetemen, de nagymértékben alulhangsúlyozzák jelentőségét, ezért a későbbi években, amikor a legnagyobb szükség van rájuk, mindig elfelejtik. Számos oka lehet annak, hogy ezeket a rendkívül fontos egyenleteket ‘nem tanítják’ az orvosi egyetemen:

  • zsúfolt tanterv, amelynek helyet kell adnia az immunológiának és a sejtbiológiának
  • a tanároknak kevés vagy egyáltalán nincs klinikai tapasztalatuk légúti betegek kezelésében, ezért valószínűleg nem tudják, hogy ezek az egyenletek mennyire fontosak az orvostudomány mindennapi gyakorlatában
  • a tantervi bizottságok téves vezetése, amelyek úgy érzik, hogy minden tantárgy egyenlő egyensúlyt érdemel, és így a hallgatóra bízza, hogy ‘mindent megtanuljon’ anélkül, hogy bárki eligazítaná, mi az igazán fontos a betegek ellátásában. (Például egy óra felületaktív anyagon egyenlő súlyozást kaphat egy óra gázcserével, ami megfelelő lehet a Ph.D.’ képzéséhez, de téves az orvosok képzéséhez).

Ez a négy egyenlet olyan összefüggéseket fejez ki nagyon fontos a klinikai gyakorlatban. Ők a:

  • PCO2 egyenlet
  • Henderson-Hasselbalch egyenlet
  • Alveoláris gáz egyenlet, és
  • Oxigéntartalom egyenlet.

Hangsúlyt kell helyezni az ezen egyenletek által kifejezett egyszerű minőségi összefüggések megértésére. Mindegyik egyenlet klinikailag alkalmazható a kóros oxigénellátás, lélegeztetés vagy sav-bázis egyensúly értékelésére. Például a PCO változói2 egyenlet, és nem az ágy melletti megfigyelések határozzák meg a közös kifejezéseket hiperventilláció és hipoventiláció és magyarázza el, hogy egy dyspneás, tachypneás beteg miért tarthatja vissza a CO-t2. Ennek és a négy egyenletben kifejezett egyéb összefüggéseknek a tudatlansága néhány gyakori diagnosztikai és terápiás hibában tükröződik.

BEVEZETÉS

Egyenlőtlenség van az általunk tanított és az orvostanhallgatóktól elvárt fiziológia és az a fiziológia között, amelyet a rezidensek és a gyakorló orvosok ismerni és megérteni látszanak. Ezt az eltérést talán legjobban négy egyszerű egyenlet szemlélteti, amelyek fontosak a kardiopulmonális és vesebetegségek megértésében (I. táblázat). Ezeket az egyenleteket az orvosi egyetemen túl ritkán hangsúlyozzák, de a mögöttük rejlő fiziológia figyelmen kívül hagyása klinikai hibákhoz vezethet (és gyakran jár is).

Az intenzív osztályok hozzájárultak az alapellátó orvosok élettani ismereteinek gyengüléséhez. Manapság a mélyrehatóbb fiziológiai rendellenességeket általában szervspecifikus szakemberek kezelik az intenzív osztályokon, ezek az eltérések (pl. sokk, tüdőödéma, akut légzési elégtelenség, akut veseelégtelenség) szó szerint kívül esnek a legtöbb orvos és sebész gondozásán. Nem minden súlyos fiziológiai problémát kezelnek az intenzív osztályokon, és továbbra is az alapvető élettan megértésének szükségessége az irodában, az általános orvosi osztályokon továbbra is a legfontosabb.

Az ebben a cikkben szereplő négy egyenlet (I. táblázat, lent) klinikai szempontból fontos, nem annyira az általuk generált számok, mint inkább azok miatt. minőségi kapcsolatok. Mind a négy egyenlet egyszerűbb kifejezésekre rövidíthető, amelyek a legtöbb klinikai célra megfelelőek.

  1. nem elegendő a teljes szellőzés (ami a központi idegrendszeri depresszió vagy a légzőizom gyengeség miatt fordulhat elő) vagy
  2. a teljes lélegeztetés túl nagy része holttérszellőztetésként végződik (amint ez súlyos krónikus obstruktív tüdőbetegségben vagy gyors, felületes légzésben előfordulhat), vagy
  3. az 1) és a 2) valamilyen kombinációja.

Túlzott CO2 A termelést kihagyjuk a hypercapnia specifikus okaként, mert ez soha nem jelent problémát a normál légzőrendszernek, amelyet rezisztív terhelés ne akadályozna. A szubmaximális edzés során például, ahol a CO2 a termelés megnövekszik, PaCO2 a normál tartományban marad, mert a VA a VCO növekedésével arányosan emelkedik2. Extrém terhelés mellett (anaerob küszöbön túl) PaCO2 a kialakuló tejsavas acidózis kompenzációjaként esik. 2 Egészségügyi PaCO2 csökkenthető, de soha nem emelkedik.

A PaCO fontos klinikai következménye2 az egyenlet az nem tudjuk megbízhatóan felmérni az alveoláris lélegeztetés megfelelőségét – és így a PaCO2 – az ágy mellett. Bár a VE könnyen mérhető kézi spirométerrel (a légzési térfogat szorozva a légzésszámmal), nem lehet tudni a holttérbe jutó VE mennyiségét vagy a páciens CO-szintjét.2 Termelés. Gyakori hiba az a feltételezés, hogy mivel a beteg gyorsan, nehezen és/vagy mélyen lélegzik, ezért “hiperventillálnia kell.” Természetesen nem így van.

1. ESET
Egy idős nő beteg ágyához hívtak egy háztisztet késő este. Kórházba került a medencetömeg kiértékelése miatt. Megállapították, hogy a páciens szorongott, és légszomjra panaszkodott, tüdeje tisztán hallható volt, és az életjelek normálisak voltak, kivéve az enyhe tachycardiát és a 30/perces légzésszámot. Egy nővér megjegyezte, hogy a beteg minden este ilyen lesz.” Az orvos benzodiazepin gyógyszert rendelt az általa "hiperventillációnak és szorongásnak" nevezett betegségre.” Harminc perccel később a beteg légzése jelentősen lelassult, és a nő lelassult. cianotikus, majd az intenzív osztályra szállították.

Bár a PCO-ban semmi2 egyenlet közvetlenül kapcsolódik a légzésszámhoz vagy a légzés mélységéhez a PaCO-hoz2, az orvosok gyakran (és tévesen) használják ezeket a megfigyeléseket a páciens PaCO-jának felmérésére.2. Ebben az esetben a hiba az volt, hogy feltételezték, hogy a páciens hiperventillált (mert gyorsan lélegzett), és elviseli a nyugtatót, valójában hipoventillált és a PaCO-ját.2 megemelkedett (amint azt a 2. egyenletben részletesebben kifejtjük).

A hiperkapnia bizonyos szempontból a légzőrendszer elégtelenségét jelenti, és ezért a szervrendszer súlyos károsodásának állapotát. Ezen a klinikai tényen kívül három fiziológiai oka van az emelkedett PaCO-nak2 potenciálisan veszélyes. Először is, mint PaCO2 növekszik, kivéve, ha a HCO3 – is ugyanilyen mértékben növekszik a pH csökkenésével (lásd a 2. egyenletet). Másodszor, mint PaCO2 növeli a PAO-t2 (és ezért PaO2). Harmadszor, minél magasabb a PaCO2, annál kevésbé védett a beteg az alveoláris lélegeztetés további csökkenésével szemben.

Ez utóbbi pontot grafikusan szemlélteti a PaCO ábrázolása2 alveoláris lélegeztetés ellen 1. ábra Minél magasabb a PaCO2 Kezdetben annál jobban emelkedik az alveoláris lélegeztetés bármely adott csökkenése esetén. Például az alveoláris lélegeztetés 1 l/perc csökkenése (amit érzéstelenítés, szedáció, pangásos szívelégtelenség stb. okozhat) növeli a kiindulási PaCO-t2 30 Hgmm és 36,3 Hgmm között VCO esetén2 200 ml/perc, a VA ugyanazon egy l/perces csökkenése megemeli a kiindulási PCO-t2 60 Hgmm és 92 Hgmm között 1. ábra). Míg a hiperventilláló vagy normálisan lélegeztető beteg szinte mindig elviseli a nyugtató gyógyszereket (klinikailag jelentős hipoventiláció nélkül), a hiperkapniás betegben már kis mennyiségű nyugtató is veszélyes lehet.

II. TÁBLÁZAT: pH és hidrogénion-koncentráció Felső
A vér pH-ja [H+] (nM/L) % Változás a normálhoz képest
Acidemia
7.00 100 + 150
7.10 80 + 100
7.30 50 + 25
Normál
7.40 40
Alkalémia
7.52 30 – 25
7.70 20 – 50
8.00 10 – 75

Sajnos a pH logaritmikus természete és az a tény, hogy a sav-bázis rendellenességek három biokémiai változó és két szervrendszer (a vese és a légzőszerv) működésének egyidejű változásával járnak együtt, sok klinikus számára nehéz témává tették a savbázist. . Az 1970-es években a négy elsődleges sav-bázis rendellenesség H-H változóit és kompenzációs sávjait tartalmazó nomogramokat vezettek be a páciens sav-bázis állapotának meghatározásához. 3-8 Míg a nomogramok hasznosak lehetnek, ha könnyen hozzáférhetők és megfelelően használják őket, sokat nyerhetünk, ha egyszerűen ismerjük a három H-H változó közötti kapcsolatot és az egyes rendellenességeknél várható változások típusát. E tekintetben a következő klinikai jelentőségű tételek fektetnek hangsúlyt.

a) Ha a három H-H változó közül bármelyik valóban kóros, a beteg sav-bázis zavart szenved kivétel nélkül. Így minden olyan beteg, akinek abnormális HCO-ja van3 – vagy PaCO2, nemcsak a kóros pH-érték, hanem sav-bázis zavar is van. A legtöbb kórházi betegnél a rutin szérum elektrolitok részeként legalább egy bikarbonátmérés történik, ezt általában ‘CO-nak nevezik.2‘ vagy ‘Total CO2‘ vénás vérben mérve. (Teljes CO2 magában foglalja a bikarbonátot és a CO-t2 hozzájárult az oldott szén-dioxid, ez utóbbi 1,2 mekv/l PaCO esetén2 40 Hgmm. Emiatt, és mivel a bikarbonát koncentrációja valamivel magasabb a vénás vérben, mint az artériás vérben, a teljes CO2 néhány mekv/l-rel magasabban fut, mint a H-H egyenlet alapján számított bikarbonát érték.) Ha a teljes CO2 valóban kóros, a beteg sav-bázis zavarban szenved. Az 1. esetben két elektrolit mérési sorozat volt a beteg diagramján, amikor a nyugtatót rendelték, mindkettő teljes CO-t mutatott.2 34 mekv/l-re emelkedett. A páciens vizelethajtót szedett, így valószínűleg azt feltételezték, hogy megemelkedett a teljes CO-szintje2 enyhe metabolikus alkalózist tükrözött. Valószínűbb azonban, hogy krónikus légúti acidózist jelentett vesekompenzációval. Amikor az intenzív osztályra érkezett, az artériás vérgáza pH 7,07-et mutatott, PaCO2 83 Hgmm, PaO2 55 Hgmm (kiegészítő oxigén légzése), HCO3 – 23 mEq/L, az értékek a korábban fel nem ismert légúti acidózis, valamint egy új metabolikus acidózis (csökkent szervperfúzió miatti tejsavas acidózis) súlyosbodását tükrözték. A páciens hosszú dohányzási története és a fizikai leletek krónikus obstruktív tüdőbetegségre utaltak (később tüdőfunkciós tesztek is megerősítették). A MICU-transzfer előtti szorongása az acidózis és a nehézlégzés súlyosbodásával volt összefüggésben.

e) Az akut respiratorikus acidózis 11 és az alkalózis 12, valamint a metabolikus acidózis 13, 14 és az alkalózis 15, 16 kompenzációs elváltozásai előre látható módon jelentkeznek, így sok helyzetben viszonylag könnyen észlelhető a vegyes rendellenesség jelenléte. Például egyetlen sav-bázis rendellenességek nem vezetnek normális pH-értékhez. Két vagy több rendellenesség nyilvánulhat meg normál pH-értékkel, ha ellentétesek, például szeptikus betegnél légúti alkalózis és metabolikus acidózis. Bár a pH a normál tartományba (7,35-7,45) is eljuthat egyedi, enyhe fokú rendellenességek esetén, ha teljesen kompenzálódik, de valóban normális pH abnormális HCO-val.3 – and PaCO2 should make one think of two or more primary acid-base disorders. Similarly, a high pH in a case of acidosis or a low pH in a case of alkalosis signifies two or more primary disorders.

f) Maximal respiratory compensation for a metabolic disorder takes about 12-24 hours and maximal renal compensation for a respiratory disorder takes up to several days. As a rule of thumb, in maximally compensated metabolic acidosis the last two digits of the pH approximate the PaCO2. 17 For example, a patient with a disease causing uncomplicated metabolic acidosis over 24 hours’ duration, whose pH is 7.25, should have a PaCO2 equal or close to 25 mm Hg. In metabolic alkalosis respiratory compensation is more variable and there is no simple relationship by which to predict the final PaCO2. 16


Respiratory Quotient

The respiratory quotient (or RQ or respiratory coefficient), is a dimensionless number used in calculations of basal metabolic rate (BMR) when estimated from carbon dioxide production. It is calculated from the ratio of carbon dioxide produced by the body to oxygen consumed by the body. Such measurements, like measurements of oxygen uptake, are forms of indirect calorimetry. It is measured using a respirometer. The Respiratory Quotient value indicates which macronutrients are being metabolized, as different energy pathways are used for fats, carbohydrates, and proteins. A value of 0.7 indicates that lipids are being metabolized, 0.8 for proteins, and 1.0 for carbohydrates. The approximate respiratory quotient of a mixed diet is 0.8. Some of the other factors that may affect the respiratory quotient are energy balance, circulating insulin, and insulin sensitivity.

Carbohydrates: The respiratory quotient for carbohydrate metabolism can be demonstrated by the chemical equation for oxidation of glucose:

C6H12O6 + 6 O2 ? 6 CO2+ 6 H2O

Because the gas exchange in this reaction is equal, the respiratory quotient for carbohydrates is: RQ = 6 CO2 / 6 O2 = 1.0

Fats: The chemical composition of fats differs from that of carbohydrates in that fats contain considerably fewer oxygen atoms in proportion to atoms of carbon and hydrogen. The substrate utilization of palmitic acid is:

C16H32O2 + 23 O2 ? 16 CO2 + 16 H2O

Thus, the RQ for palmitic acid is approximately 0.7. RQ = 16 CO2 / 23 O2 = 0.696

Proteins: The respiratory quotient for protein metabolism can be demonstrated by the chemical equation for oxidation of albumin:

C72H112N18O22S + 77 O2 ? 63 CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO(NH2)2

The RQ for protein is approximately 0.8. RQ = 63 CO2/ 77O2 = 0.8

Due to the complexity of the various ways in which different amino acids can be metabolized, no single RQ can be assigned to the oxidation of protein in the diet however, 0.8 is a frequently utilized estimate.

Practical applications of the respiratory quotient can be found in severe cases of chronic obstructive pulmonary disease, in which patients spend a significant amount of energy on respiratory effort. By increasing the proportion of fats in the diet, the respiratory quotient is driven down, causing a relative decrease in the amount of CO2 produced. This reduces the respiratory burden to eliminate CO2, thereby reducing the amount of energy spent on respirations.

Respiratory Quotient can be used as an indicator of over or underfeeding. Underfeeding, which forces the body to utilize fat stores, will lower the respiratory quotient while overfeeding, which causes lipogenesis, will increase it. Underfeeding is marked by a respiratory quotient below 0.85, while a respiratory quotient greater than 1.0 indicates overfeeding. This is particularly important in patients with compromised respiratory systems, as an increased respiratory quotient significantly corresponds to increased respiratory rate and decreased tidal volume, placing compromised patients at a significant risk.

Because of its role in metabolism, respiratory quotient can be used in analysis of liver function and diagnosis of liver disease. In patients suffering from liver cirrhosis, non-protein respiratory quotient (npRQ) values act as good indicators in the prediction of overall survival rate. Patients having a npRQ < 0.85 show considerably lower survival rates as compared to patients with a npRQ > 0.85.A decrease in npRQ corresponds to a decrease in glycogen storage by the liver. Similar research indicates that non-alcoholic fatty liver diseases are also accompanied by a low respiratory quotient value, and the non protein respiratory quotient value was a good indication of disease severity.


30.2 Gas Exchange Across Respiratory Surfaces

Ebben a részben a következő kérdéseket vizsgálja meg:

  • What are the names and descriptions of lung volumes and capacities?
  • How does gas pressure influence the movement of gases into and out of the body?

Csatlakozás az AP ® tanfolyamokhoz

The information in this section about lung volumes and capacities is outside the scope for AP ® . However, the content about the movement of gases across the membranes of alveoli is an important application of the principles of diffusion that we explored in the chapter on passive transport. In addition, gas exchange provides the oxygen needed for aerobic cellular respiration and for the removal of carbon dioxide produced as a metabolic waste product.

Gas movement into or out of the lungs is dependent on the pressure of the gas. Because the air we breathe is a mixture of several gases, including N, O2 és CO2, the amount of each gas is measured by its partial pressure. As you remember from our earlier exploration of diffusion, molecules move from an area of higher concentration to lower concentration, or, in the case of gases, from higher partial pressure (measured in mmHg) to lower partial pressure. In other words, O2 és CO2 move with their concentration gradients. Because both gases are small, nonpolar molecules, they freely travel across the phospholipid bilayer of the plasma cell membrane.

A szakaszban bemutatott információk és a kiemelt példák támogatják az AP ® Biology Curriculum Framework 2. nagy ötletében felvázolt koncepciókat. A tantervi keretrendszerben felsorolt ​​AP ® tanulási célok átlátható alapot biztosítanak az AP ® biológia kurzushoz, kérdezősködésen alapuló laboratóriumi tapasztalatokhoz, oktatási tevékenységekhez és AP ® vizsgakérdésekhez. Egy tanulási cél egyesíti a szükséges tartalmat a hét tudományos gyakorlat közül egy vagy többel.

Nagy ötlet 2 A biológiai rendszerek szabad energiát és molekuláris építőelemeket használnak fel a növekedéshez, a szaporodáshoz és a dinamikus homeosztázis fenntartásához.
Enduring Understanding 2.B Growth, reproduction and dynamic homeostasis require that cell create and maintain internal environments that are different form their external environment.
Alapvető Tudás 2.B.2 Growth and dynamic homeostasis are maintained by the constant movement of molecules across membranes.
Tudományos gyakorlat 1.4 A hallgató reprezentációkat és modelleket tud használni helyzetek elemzésére vagy problémák minőségi és mennyiségi megoldására.
Tudományos gyakorlat 1.1 A hallgató képes a tartomány természeti vagy ember alkotta jelenségeinek és rendszereinek reprezentációit és modelljeit létrehozni.
Tudományos gyakorlat 7.2 The student can connect concepts in and across domain(s) to generalize or extrapolate in and/or across enduring understandings and/or big ideas.
Tanulási cél 2.12 The student is able to use representations and models to analyze situations or solve problems qualitatively and quantitatively to investigate whether dynamic homeostasis is maintained by the movement of molecules across membranes.

The structure of the lung maximizes its surface area to increase gas diffusion. Because of the enormous number of alveoli (approximately 300 million in each human lung), the surface area of the lung is very large (75 m 2 ). Having such a large surface area increases the amount of gas that can diffuse into and out of the lungs.

Basic Principles of Gas Exchange

Gas exchange during respiration occurs primarily through diffusion. Diffusion is a process in which transport is driven by a concentration gradient. Gas molecules move from a region of high concentration to a region of low concentration. Blood that is low in oxygen concentration and high in carbon dioxide concentration undergoes gas exchange with air in the lungs. The air in the lungs has a higher concentration of oxygen than that of oxygen-depleted blood and a lower concentration of carbon dioxide. This concentration gradient allows for gas exchange during respiration.

Partial pressure is a measure of the concentration of the individual components in a mixture of gases. The total pressure exerted by the mixture is the sum of the partial pressures of the components in the mixture. The rate of diffusion of a gas is proportional to its partial pressure within the total gas mixture. This concept is discussed further in detail below.

Lung Volumes and Capacities

Different animals have different lung capacities based on their activities. Cheetahs have evolved a much higher lung capacity than humans it helps provide oxygen to all the muscles in the body and allows them to run very fast. Elephants also have a high lung capacity. In this case, it is not because they run fast but because they have a large body and must be able to take up oxygen in accordance with their body size.

Human lung size is determined by genetics, sex, and height. At maximal capacity, an average lung can hold almost six liters of air, but lungs do not usually operate at maximal capacity. Air in the lungs is measured in terms of lung volumes és lung capacities (Figure 30.12 and Table 30.1). Volume measures the amount of air for one function (such as inhalation or exhalation). Capacity is any two or more volumes (for example, how much can be inhaled from the end of a maximal exhalation).

The volume in the lung can be divided into four units: tidal volume, expiratory reserve volume, inspiratory reserve volume, and residual volume. Tidal volume (TV) measures the amount of air that is inspired and expired during a normal breath. On average, this volume is around one-half liter, which is a little less than the capacity of a 20-ounce drink bottle. Az expiratory reserve volume (ERV) is the additional amount of air that can be exhaled after a normal exhalation. It is the reserve amount that can be exhaled beyond what is normal. Conversely, the inspiratory reserve volume (IRV) is the additional amount of air that can be inhaled after a normal inhalation. Az residual volume (RV) is the amount of air that is left after expiratory reserve volume is exhaled. The lungs are never completely empty: There is always some air left in the lungs after a maximal exhalation. If this residual volume did not exist and the lungs emptied completely, the lung tissues would stick together and the energy necessary to re-inflate the lung could be too great to overcome. Therefore, there is always some air remaining in the lungs. Residual volume is also important for preventing large fluctuations in respiratory gases (O2 és CO2). The residual volume is the only lung volume that cannot be measured directly because it is impossible to completely empty the lung of air. This volume can only be calculated rather than measured.

Capacities are measurements of two or more volumes. Az vital capacity (VC) measures the maximum amount of air that can be inhaled or exhaled during a respiratory cycle. It is the sum of the expiratory reserve volume, tidal volume, and inspiratory reserve volume. Az inspiratory capacity (IC) is the amount of air that can be inhaled after the end of a normal expiration. It is, therefore, the sum of the tidal volume and inspiratory reserve volume. Az functional residual capacity (FRC) includes the expiratory reserve volume and the residual volume. The FRC measures the amount of additional air that can be exhaled after a normal exhalation. Végül a total lung capacity (TLC) is a measurement of the total amount of air that the lung can hold. It is the sum of the residual volume, expiratory reserve volume, tidal volume, and inspiratory reserve volume.

Lung volumes are measured by a technique called spirometry. An important measurement taken during spirometry is the forced expiratory volume (FEV), which measures how much air can be forced out of the lung over a specific period, usually one second (FEV1). In addition, the forced vital capacity (FVC), which is the total amount of air that can be forcibly exhaled, is measured. The ratio of these values (FEV1/FVC ratio) is used to diagnose lung diseases including asthma, emphysema, and fibrosis. If the FEV1/FVC ratio is high, the lungs are not compliant (meaning they are stiff and unable to bend properly), and the patient most likely has lung fibrosis. Patients exhale most of the lung volume very quickly. Conversely, when the FEV1/FVC ratio is low, there is resistance in the lung that is characteristic of asthma. In this instance, it is hard for the patient to get the air out of his or her lungs, and it takes a long time to reach the maximal exhalation volume. In either case, breathing is difficult and complications arise.

KARRIER KAPCSOLAT

Respiratory Therapist

Respiratory therapists or respiratory practitioners evaluate and treat patients with lung and cardiovascular diseases. They work as part of a medical team to develop treatment plans for patients. Respiratory therapists may treat premature babies with underdeveloped lungs, patients with chronic conditions such as asthma, or older patients suffering from lung disease such as emphysema and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). They may operate advanced equipment such as compressed gas delivery systems, ventilators, blood gas analyzers, and resuscitators. Specialized programs to become a respiratory therapist generally lead to a bachelor’s degree with a respiratory therapist specialty. Because of a growing aging population, career opportunities as a respiratory therapist are expected to remain strong.

Gas Pressure and Respiration

The respiratory process can be better understood by examining the properties of gases. Gases move freely, but gas particles are constantly hitting the walls of their vessel, thereby producing gas pressure.

Air is a mixture of gases, primarily nitrogen (N2 78.6 percent), oxygen (O2 20.9 percent), water vapor (H2O 0.5 percent), and carbon dioxide (CO2 0.04 percent). Each gas component of that mixture exerts a pressure. The pressure for an individual gas in the mixture is the partial pressure of that gas. Approximately 21 percent of atmospheric gas is oxygen. Carbon dioxide, however, is found in relatively small amounts, 0.04 percent. The partial pressure for oxygen is much greater than that of carbon dioxide. The partial pressure of any gas can be calculated by:

Patm, the atmospheric pressure, is the sum of all of the partial pressures of the atmospheric gases added together,

× (percent content in mixture).

The pressure of the atmosphere at sea level is 760 mm Hg. Therefore, the partial pressure of oxygen is:

At high altitudes, Patm decreases but concentration does not change the partial pressure decrease is due to the reduction in Patm.

When the air mixture reaches the lung, it has been humidified. The pressure of the water vapor in the lung does not change the pressure of the air, but it must be included in the partial pressure equation. For this calculation, the water pressure (47 mm Hg) is subtracted from the atmospheric pressure:

and the partial pressure of oxygen is:

These pressures determine the gas exchange, or the flow of gas, in the system. Oxygen and carbon dioxide will flow according to their pressure gradient from high to low. Therefore, understanding the partial pressure of each gas will aid in understanding how gases move in the respiratory system.

Gázcsere az alveolusokon keresztül

A szervezetben az oxigént a test szöveteinek sejtjei használják fel, és a szén-dioxid salakanyagként termelődik. A szén-dioxid-termelés és az oxigénfogyasztás aránya a légzési hányados (RQ). Az RQ 0,7 és 1,0 között változik. Ha csak glükózt használnának fel a test táplálására, az RQ egyenlő lenne eggyel. Minden elfogyasztott oxigénhez egy mól szén-dioxid keletkezne. A glükóz azonban nem az egyetlen üzemanyag a szervezet számára. A fehérjét és a zsírt a szervezet üzemanyagaként is használják. Emiatt kevesebb szén-dioxid keletkezik, mint amennyi oxigént elfogyaszt, és az RQ átlagosan körülbelül 0,7 a zsír és körülbelül 0,8 a fehérje esetében.

Az RQ az oxigén parciális nyomásának kiszámítására szolgál a tüdő alveoláris tereiben, alveolar P O 2 A fenti adatok szerint az oxigén parciális nyomása a tüdőben 150 Hgmm volt. A tüdő azonban soha nem ereszt ki teljesen egy kilégzéssel, ezért a belélegzett levegő keveredik ezzel a maradék levegővel, és csökkenti az oxigén parciális nyomását az alveolusokban. Ez azt jelenti, hogy a tüdőben alacsonyabb az oxigénkoncentráció, mint a testen kívüli levegőben. Az RQ ismeretében kiszámítható az oxigén parciális nyomása az alveolusokban:

With an RQ of 0.8 and a P CO 2 in the alveoli of 40 mm Hg, the alveolar P O 2 is equal to:

Vegye figyelembe, hogy ez a nyomás kisebb, mint a külső levegő. Therefore, the oxygen will flow from the inspired air in the lung ( P O 2 = 150 mm Hg) into the bloodstream ( P O 2 = 100 mm Hg) (Figure 30.13).

A tüdőben az oxigén kidiffundál az alveolusokból és az alveolusokat körülvevő kapillárisokba. Az oxigén (körülbelül 98 százaléka) reverzibilisen kötődik a vörösvértestekben (RBC) található légúti pigment hemoglobinhoz. A vörösvértestek oxigént szállítanak a szövetekbe, ahol az oxigén disszociál a hemoglobinból és bediffundál a szövetek sejtjeibe. More specifically, alveolar P O 2 is higher in the alveoli ( P ALVO 2 = 100 mm Hg) than blood P O 2 (40 mm Hg) in the capillaries. Mivel ez a nyomásgradiens létezik, az oxigén lefelé diffundál a nyomásgradiensén, kimozdul az alveolusokból, és belép a kapillárisok vérébe, ahol O2 kötődik a hemoglobinhoz. At the same time, alveolar P CO 2 is lower P ALVO 2 = 40 mm Hg than blood P CO 2 = (45 mm Hg). CO2 lefelé diffundálja nyomásgradiensét, kimozdul a kapillárisokból és belép az alveolusokba.

Az oxigén és a szén-dioxid egymástól függetlenül mozognak, lefelé diffundálják saját nyomásgradiensüket. Ahogy a vér a tüdővénákon keresztül elhagyja a tüdőt, a venous P O 2 = 100 Hgmm, míg a venous P CO 2 = 40 Hgmm. Amikor a vér belép a szisztémás kapillárisokba, a vér oxigént veszít és szén-dioxidot vesz fel a szövetek és a vér nyomáskülönbsége miatt. In systemic capillaries, P O 2 = 100 mm Hg, but in the tissue cells, P O 2 = 40 mm Hg. Ez a nyomásgradiens kivezeti az oxigén diffúzióját a kapillárisokból a szöveti sejtekbe. At the same time, blood P CO 2 = 40 mm Hg and systemic tissue P CO 2 = 45 mm Hg. A nyomásgradiens hajtja a CO-t2 ki a szöveti sejtekből a kapillárisokba. The blood returning to the lungs through the pulmonary arteries has a venous P O 2 = 40 mm Hg and a P CO 2 = 45 mm Hg. The blood enters the lung capillaries where the process of exchanging gases between the capillaries and alveoli begins again (Figure 30.13).