Munka 3. A légzési hányados meghatározása

A légzési szubsztrát kémiai természetének fontos mutatója a légzési együttható ( DK) – a felszabaduló szén-dioxid térfogatának aránya ( V(CO 2)) az elnyelt oxigén térfogatára ( V(O 2)). Ha a szénhidrátok oxidálódnak, a légzési együttható 1; ha a zsírok (több redukált vegyület) oxidálódnak, több oxigén szívódik fel, mint amennyi szén-dioxid szabadul fel és DK < 1. При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы соединений) DK > 1.

Nagyságrend DK egyéb okoktól függ. Egyes szövetekben a nehéz oxigén hozzáférés miatt az aerob légzéssel együtt anaerob légzés lép fel, ami nem jár együtt oxigénfelvétellel, ami a légzés értékének növekedéséhez vezet. DK. A légzési együttható értékét a légzési szubsztrát oxidációjának teljessége is meghatározza. Ha a végtermékeken kívül kevésbé oxidált vegyületek halmozódnak fel a szövetekben, akkor DK < 1.

A légzési együttható meghatározására szolgáló eszköz (8. ábra) egy kémcsőből (8. ábra, a) vagy más üvegedényből (8. ábra, b) áll, szorosan illeszkedő dugóval, amelybe egy milliméterpapír mérleggel ellátott mérőcső. be van helyezve.

Anyagok és felszerelések. Csírázó napraforgó, árpa, borsó, bab, len, búza, 20%-os nátrium-hidroxid-oldat, 2 cm 3 -es fecskendő, színes folyadék, Petri-csésze, vegyi kémcső, U-alakú cső, rugalmas cső, lyukas dugó, anatómiai csipesz , szűrőpapír csíkok (1,5-5 cm), milliméterpapír, 3 perces homokóra, kémcsőtartó állvány.

Előrehalad. Tegyünk 2 g csírázó napraforgómagot egy kémcsőbe. Szorosan zárja le a kémcsövet egy rugalmas csővel egy U-alakú üvegcsőhöz csatlakoztatott dugóval, és pipettával csepegtessen egy kis csepp folyadékot a cső végébe, zárt légkört teremtve a készülék belsejében. Ügyeljen arra, hogy a kísérlet során állandó hőmérsékletet tartson fenn. Ehhez helyezze a készüléket állványra, elkerülve ezzel, hogy kézzel vagy levegővel felmelegítse. Határozza meg, hány skálaosztásban mozog a csepp a csőben 3 perc alatt. A pontos eredmény érdekében számítsa ki a három mérés átlagát. A kapott érték a légzés során felvett oxigén térfogata és a felszabaduló szén-dioxid térfogata közötti különbséget fejezi ki.

Nyissa ki a magokkal ellátott készüléket, és helyezzen bele csipesszel egy gyűrűsre tekert, NaOH-oldattal előzetesen átitatott szűrőpapírcsíkot. Zárja vissza a kémcsövet, helyezzen egy új csepp színes folyadékot a mérőcsőbe, és folytassa a sebesség mérését ugyanazon a hőmérsékleten. Az új adat, amelyből ismét kiszámolja az átlagértéket, a légzés során felvett oxigén mennyiségét fejezi ki, mivel a felszabaduló szén-dioxidot a lúg elnyeli.

Számítsa ki a légzési együtthatót a következő képlettel: , ahol DK– légzési együttható; BAN BEN– a légzés során felvett oxigén mennyisége; A– a légzés során felvett oxigén térfogata és a felszabaduló szén-dioxid térfogata közötti különbség.

Hasonlítsa össze a javasolt objektumok légzési együtthatóinak értékeit, és vonjon le következtetést az egyes objektumok légzési szubsztrátjainak kémiai természetére vonatkozóan.

_________________________________

1 Eszköz a gázcsere megfigyelésére növények és állatok légzése közben PGD (oktatási): használati utasítás / szerk. T.S. Chanova. – M.: Nevelés, 1987. – 8 p.

A légzési együttható a felszabaduló szén-dioxid és az elnyelt oxigén térfogatának aránya. A légzési együttható a fehérjék, zsírok és szénhidrátok oxidációja során eltérő. Nézzük például, mi lesz a légzési hányados, amikor a szervezet glükózt használ fel. A glükózmolekula oxidációjának teljes eredménye a következő képlettel fejezhető ki:

A glükóz oxidációja során a képződő szén-dioxid molekulák száma és az elhasznált (elnyelt) oxigénmolekulák száma egyenlő. Ugyanazon hőmérsékleten és nyomáson azonos számú gázmolekula azonos térfogatot foglal el (Avogadro-Gerard törvény). Ezért a légzési hányados

arány) a glükóz és más szénhidrátok oxidációja során egyenlő egységgel.

Amikor a zsírok és a fehérjék oxidálódnak, a légzési hányados egység alatt lesz. A zsíroxidáció során a légzési együttható 0,7. Illusztráljuk ezt a tripalmitin oxidáció példájával:

A szén-dioxid és az oxigén térfogatának aránya ebben az esetben:

Hasonló számítás végezhető fehérjére is; ha a szervezetben oxidálódik, a légzési együttható 0,8.

Vegyes táplálék esetén az ember légzési együtthatója általában 0,85-0,9. Egy bizonyos légzési együttható megfelel az oxigén bizonyos kalóriaegyenértékének, amint az a táblázatból látható. 20.

20. táblázat A légzési hányados és az oxigén kalóriaegyenérték aránya

Ember energiaanyagcseréjének meghatározása nyugalmi állapotban zárt rendszerű módszerrel, hiányos gázanalízissel. A légzési együttható nagyon relatív állandósága (0,85-0,90) nyugalmi körülmények között normálisan táplálkozó embereknél lehetővé teszi az energia-anyagcsere meglehetősen pontos meghatározását nyugalmi állapotban, csak az elfogyasztott oxigén mennyiségének kiszámításával és annak kalóriaegyenértékének kiszámításával. átlagos légzési együttható.

A szervezet által elfogyasztott oxigén mennyiségét különféle típusú spirográfok segítségével vizsgálják.

Az energiafogyasztás meghatározásának módszerei a következők: direkt és indirekt kalorimetria.

Közvetlen kalorimetria

A közvetlen kalorimetria a test által felszabaduló hőmennyiség közvetlen biokaloriméterben történő rögzítésén alapul. A biokaloriméter egy zárt, a külső környezettől jól szigetelt kamra. A víz a kamrában csöveken keresztül kering. Az ember vagy állat által a kamrában termelt hő felmelegíti a keringő vizet. Az átfolyó víz mennyisége és hőmérsékletének változása alapján számítják ki a szervezet által termelt hőmennyiséget.

Ezzel egyidejűleg O2 kerül a biokaloriméterbe, és a felesleges CO2 és vízgőz elnyeli. Az emberi test által termelt hőt hőmérőkkel (1,2) mérik a kamrában lévő csöveken átáramló víz felmelegítésével. Az átfolyó víz mennyiségét a tartályban (3) mérik. Az ablakon (4) keresztül táplálékot szállítanak és eltávolítják az ürüléket. Szivattyú (5) segítségével levegőt távolítanak el a kamrából, és kénsavas (6 és 8) tartályokon vezetik át a víz elnyelésére és nátronmésszel (7) a CO2 elnyelésére. Az O2 egy 10 hengerből egy gázórán (11) keresztül jut a kamrába. A kamrában a légnyomást egy gumimembrános edény (9) segítségével állandó szinten tartják.

Közvetett kalorimetria

A közvetlen kalorimetriás módszerek nagyon nehézkesek és összetettek. Tekintettel arra, hogy a szervezetben a hőtermelés oxidatív folyamatokon alapul, amelyek során az O2 elfogy, és CO2 képződik, lehetséges a szervezetben a hőtermelés közvetett, közvetett, annak gázcseréjével történő meghatározása - figyelembe véve a hőtermelés mennyiségét. Az elfogyasztott O2 és a kibocsátott CO2, majd a szervezet hőtermelésének kiszámítása.

A gázcsere hosszú távú vizsgálatához speciális légzőkamrákat használnak (közvetett kalorimetria zárt módszerei) (10.2. ábra). A gázcsere rövid távú meghatározása az egészségügyi intézményekben és a termelésben egyszerűbb, nem kamrás módszerekkel (nyílt kalorimetriás módszerek) történik.

A legelterjedtebb módszer a Douglas-Haldane módszer, melynek során a kilélegzett levegőt 10-15 percig gyűjtik egy légmentesen záródó szövetből készült zacskóban (Douglas bag), amelyet az alany hátára rögzítettek (10.3. ábra). A szájába helyezett szájrészen vagy az arcára helyezett gumimaszkon keresztül lélegzik. A szájrész és a maszk szelepei úgy vannak kialakítva, hogy az alany szabadon szívja be a légköri levegőt, és egy Douglas táskába lélegezze ki. A zsák feltöltésekor megmérik a kilélegzett levegő térfogatát, amelyben meghatározzák az O2 és a CO2 mennyiségét.

Az 1 liter O2 elfogyasztása után felszabaduló hőmennyiséget az oxigén kalóriaegyenértékének nevezzük. A szervezet által felhasznált O2 teljes mennyiségének ismeretében csak akkor lehet energiaköltséget számolni, ha tudjuk, hogy mely anyagok - fehérjék, zsírok vagy szénhidrátok - oxidálódtak a szervezetben. Ennek mutatója lehet a légzési együttható.

A légzési együttható (RC) a felszabaduló CO2 és az elnyelt O2 térfogatának aránya. A légzési együttható a fehérjék, zsírok és szénhidrátok oxidációja során eltérő

A légzési együtthatót a kilélegzett CO 2 térfogatának és az elfogyasztott oxigén térfogatának arányaként számítják ki. Nyugalomban és közepes intenzitású munkavégzés közben a DC a szervezetben oxidált energiahordozók indikátoraként szolgál. Így kizárólag szénhidrát energiaforrásként történő felhasználása esetén a DC-érték 1,0, egyedül a zsírok oxidációja esetén pedig 0,75. Általában a szénhidrátok és zsírok egyidejű oxidációja megy végbe a szervezetben, és a DC-érték 0,83-0,85 tartományban van.

18.3.3. Nem metabolikus "felesleges" CO 2

Intenzív izommunka során a DC értéke nemcsak az oxidált szubsztrátumoktól, hanem egyéb okoktól is függ. Az oxidatív átalakulások során képződő CO 2 (metabolikus CO 2) mellett szén-dioxid szabadul fel a szervezetből, amelyet a munka során képződő savas termékek (főleg tejsav) szorítanak ki a bikarbonát pufferrendszerből:

NaHCO 3 + CH 3 CHONCOON → CH 3 CHONCOONa + H 2 CO 3

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Ezt a szén-dioxidot, amely nem képződik az energiahordozók oxidatív átalakulása során, nem metabolikus „felesleges” CO 2-nek (Exess CO 2) nevezzük. Intenzív izommunka során, amikor a glikolízis részt vesz az energiaellátásban és jelentős mennyiségű tejsav képződik, a fő energiahordozó a szénhidrát. Amint azt már jeleztük, a szénhidrátok oxidációjának egyenfeszültsége 1,0. Ezért ilyen körülmények között minden olyan szén-dioxid, amely a DC értéket meghaladja az 1,0-t, nem metabolikusnak minősíthető.

Ez alapján a következő képlet használható a nem metabolikus „többlet” CO 2 kiszámításához:

Felesleges CO 2 = VO 2 × (DK – 1),

ahol a VO 2 az O 2 fogyasztás szintje (l/perc) a vizsgálati időszak alatt,

DK – légzési együttható értéke.

A nem metabolikus „felesleges” CO 2 szintje a tejsavképződés sebességének mutatójának tekinthető, i. A szervezetben a glikolízis intenzitásának mutatójaként a teljes Exess CO 2 a glikolízis metabolikus kapacitását tükrözi.

Oxigén adósság.

Az oxigéntartozás a munkavégzés utáni pihenőidő alatt elfogyasztott oxigént jelenti a nyugalmi szint felett. A helyreállítási időszak alatti oxigéntartozás mértékének meghatározásához az oxigénfogyasztás mértékét folyamatosan vagy diszkréten határozzák meg, amíg az vissza nem tér a munkavégzés előtti szintre. Az így kapott teljes oxigénfogyasztásból egy meghatározott időtartamra levonják azt az O 2 mennyiséget, amelyet egy szervezet nyugalmi állapotban ugyanabban az időszakban fogyasztana el. A matematikai elemzési módszerek használata lehetővé teszi az O 2 -adósság legalább két frakciójának megkülönböztetését - „gyors” és „lassú”.

Az oxigéntartozás gyors frakciójában elfogyasztott oxigén oxidatív átalakulásokban hasznosul, amelyek ATP-t képeznek, amelyet a kreatin-foszfát kreatinból történő újraszintézisére használnak (lásd 10. fejezet). Így az oxigéntartozás ezen hányadának értéke tükrözi a kreatin-foszfát mechanizmus részvételét az izommunka energiaellátásában.

Az oxigénhiány lassú hányada tükrözi a felhalmozódott tejsav mennyiségét, és így a glikolízisnek a munka energiaellátásában való részvételének mértékét.

Természetesen az O2-tartozás „fizetési” időszakában elfogyasztott oxigént nem csak a kreatin-foszfát újraszintézisére és a tejsav eltávolítására fordítják. Ennek egy részét a szervezet oxigénháztartásának helyreállítására, egy részét az intenzíven működő szív- és érrendszeri és légzőrendszerek energiaellátására, az ásványianyag-egyensúly, a hormonális állapot és egyéb folyamatok helyreállítására fordítják. Ez azonban nem csökkenti ennek a mutatónak a jelentőségét az intenzív izommunka energiaellátásában az anaerob folyamatok részvételi fokának és az anaerob eltolódások mélységének megítélésében.

Az olvasó valószínűleg észrevette, hogy általában minden 100 ml vér kerül át a tüdőből a szövetben körülbelül 5 ml oxigén van, míg a szövetekből csak körülbelül 4 ml szén-dioxid kerül át a tüdőbe. Így normál nyugalmi körülmények között a tüdőn keresztül kiürült szén-dioxid térfogata mindössze 82%-a a tüdőben felvett oxigén térfogatának. A kiválasztott szén-dioxid mennyiségének és az elnyelt oxigén mennyiségének arányát légzési együtthatónak (RQ) nevezzük.
Légzési együttható= Eltávolított szén-dioxid térfogata / Elnyelt oxigén térfogata.

A cserefeltételek megváltoztatásakor légzési együttható értéke változtatások. Ha csak szénhidrátot használunk az élelmiszerekben, a DC érték eléri az 1-et, és fordítva, ha csak zsírokat használunk az élelmiszerekben, a DC érték 0,7-re csökken. Ezeknek a változásoknak az az oka, hogy ha egy molekula oxigént használnak fel a szénhidrát-anyagcserében, egy molekula szén-dioxid keletkezik; Amikor az oxigén reakcióba lép a zsírokkal, nagy mennyiségű oxigén egyesül a zsír hidrogénatomjaival, és szén-dioxid helyett víz képződik. Más szóval, a zsírok anyagcseréje során a szövetekben a kémiai reakciók légzési együtthatója 1 helyett körülbelül 0,7. Úgy gondolják, hogy egy átlagos szénhidrát-, zsír- és fehérjemennyiséget tartalmazó ételt fogyasztó személy esetében az együttható átlagos értéke ez 0,825.

Légzőközpont

IdegrendszerÁltalában a szervezet szükségleteinek szinte pontosan megfelelő alveoláris lélegeztetési sebességet állít be, így az oxigén (Po2) és a szén-dioxid (Pco2) feszültsége az artériás vérben még erős fizikai megterhelés és a legtöbb egyéb légzési stressz esetén is alig változik. Ez a fejezet felvázolja ennek a neurogén légzésszabályozó rendszernek a funkcióját.

Légzőközpont neuronok több csoportjából áll, amelyek az agytörzsben találhatók a medulla oblongata és a híd mindkét oldalán. A neuronok három nagy csoportjára oszthatók: (1) a légúti neuronok dorsalis csoportja, amely a medulla oblongata dorsalis részében található, és amely főként inspirációt okoz; (2) a légúti neuronok ventrális csoportja, amely a medulla oblongata ventrolaterális részében található, és főként kilégzést okoz; (3) a pneumotaxiás központ, amely a híd felső részén, dorzálisan helyezkedik el, és főként a légzés sebességét és mélységét szabályozza. A légzés szabályozásában a dorsalis idegsejtcsoport játssza a legfontosabb szerepet, ezért ennek funkcióival foglalkozunk először.

Légúti neuronok háti csoportja a medulla oblongata hosszának nagy részére kiterjed. Ezeknek a neuronoknak a többsége a szoliter traktus magjában található, bár további neuronok, amelyek a medulla oblongata közeli retikuláris képződményében helyezkednek el, szintén fontosak a légzés szabályozása szempontjából. A tractus soliter traktusának magja a vagus és a glossopharyngealis idegek szenzoros magja, amelyek szenzoros jeleket továbbítanak a légzőközpontba: (1) perifériás kemoreceptorokból; (2) baroreceptorok; (3) különböző típusú tüdőreceptorok.

Ritmikus belégzési kisülések az idegsejtek háti csoportjából. Az alapvető légzési ritmust főként a légzési neuronok dorsalis csoportja hozza létre. Még azután is, hogy a velővel és a velő alatti és feletti agytörzsbe belépő összes perifériás ideget levágták, ez a neuroncsoport továbbra is ismételt akciós potenciál-kitöréseket generál a belégzési neuronokból. E röplabda kiváltó oka ismeretlen. Primitív állatokban olyan neurális hálózatokat találtak, amelyekben a neuronok egyik csoportjának aktivitása egy második csoportot aktivál, a második csoport aktivitása pedig gátolja az elsőt.

Túlóra aktiválási minta ismétlődik, és ez az állat egész életében folytatódik, ezért a légzés fiziológiájával foglalkozó fiziológusok többsége úgy véli, hogy az emberben is van egy hasonló neuronhálózat, amely a nyúltvelőn belül helyezkedik el; lehetséges, hogy nemcsak a neuronok háti csoportját foglalja magában, hanem a velő szomszédos részeit is, és ez a neuronhálózat felelős a légzés alapritmusáért.

Emelkedő belégzési jel. A neuronoktól a belégzési izmokba, főleg a rekeszizomba továbbított jel nem az akciós potenciálok azonnali kitörése. Normál légzés közben fokozatosan növekszik körülbelül 2 másodperc alatt. Ezt követően körülbelül 3 másodpercig élesen csökken, ami leállítja a rekeszizom gerjesztését, és lehetővé teszi a tüdő és a mellkasfal rugalmas vontatását a kilégzéshez. Ezután a belégzési jel újra kezdődik, és a ciklus újra megismétlődik, közben kilégzés történik. Így a belégzési jel emelkedő jel. Úgy tűnik, ez a jelnövekedés biztosítja a tüdő térfogatának fokozatos növekedését a belégzés során a hirtelen belégzés helyett.
Két pontot irányítanak emelkedő jel.

1. Az emelkedő jel növekedési üteme, így nehéz légzés esetén a jel gyorsan növekszik és a tüdő gyors telődését okozza.
2. Határpont, amelynek elérésekor a jel hirtelen eltűnik. Ez a légzés sebességének szabályozásának általános módja; Minél hamarabb megáll a növekvő jel, annál rövidebb a belégzés időtartama. Ugyanakkor a kilégzés időtartama csökken, ennek eredményeként a légzés gyakoribbá válik.