معلومة

8.5: تبادل الغازات - علم الأحياء


أهداف التعلم

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على:

  • قارن بين تكوين الهواء الجوي والهواء السنخي
  • صف الآليات التي تحرك تبادل الغازات
  • ناقش أهمية التهوية والتروية الكافية ، وكيف يتكيف الجسم عندما يكونان غير كافيين
  • ناقش عملية التنفس الخارجي
  • صف عملية التنفس الداخلي

الغرض من الجهاز التنفسي هو إجراء تبادل الغازات. توفر التهوية الرئوية الهواء للحويصلات الهوائية من أجل عملية تبادل الغازات هذه. في الغشاء التنفسي ، حيث تلتقي الجدران السنخية والشعرية ، تتحرك الغازات عبر الأغشية ، مع دخول الأكسجين إلى مجرى الدم وخروج ثاني أكسيد الكربون. من خلال هذه الآلية يتم أكسجة الدم ويتم التخلص من ثاني أكسيد الكربون ، الناتج عن نفايات التنفس الخلوي ، من الجسم.

تبادل الغازات

من أجل فهم آليات تبادل الغازات في الرئة ، من المهم فهم المبادئ الأساسية للغازات وسلوكها. بالإضافة إلى قانون بويل ، تساعد العديد من قوانين الغازات الأخرى في وصف سلوك الغازات.

قوانين الغاز وتكوين الهواء

تمارس جزيئات الغاز قوة على الأسطح التي تتلامس معها ؛ هذه القوة تسمى الضغط. في الأنظمة الطبيعية ، توجد الغازات عادة كمزيج من أنواع مختلفة من الجزيئات. على سبيل المثال ، يتكون الغلاف الجوي من الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والجزيئات الغازية الأخرى ، ويمارس هذا الخليط الغازي ضغطًا معينًا يُشار إليه بالضغط الجوي (الجدول 1).

الجدول 1. الضغوط الجزئية لغازات الغلاف الجوي
غازالنسبة المئوية للتكوين الكليالضغط الجزئي (مم زئبق)
نيتروجين (N2)78.6597.4
الأكسجين (O2)20.9158.8
الماء (H.2س)0.043.0
ثاني أكسيد الكربون (CO2)0.0040.3
آحرون0.00060.5
التركيب الكلي / الضغط الجوي الكلي100%760.0

ضغط جزئي (صx) هو ضغط نوع واحد من الغازات في خليط الغازات. على سبيل المثال ، في الغلاف الجوي ، يمارس الأكسجين ضغطًا جزئيًا ، ويمارس النيتروجين ضغطًا جزئيًا آخر ، بغض النظر عن الضغط الجزئي للأكسجين (الشكل 1). الضغط الكلي هو مجموع كل الضغوط الجزئية لمزيج غازي. قانون دالتون يصف سلوك الغازات غير التفاعلية في خليط غازي ويذكر أن نوعًا معينًا من الغازات في خليط يمارس ضغطه الخاص ؛ وبالتالي ، فإن إجمالي الضغط الذي يمارسه خليط الغازات هو مجموع الضغوط الجزئية للغازات في الخليط.

الضغط الجزئي مهم للغاية في التنبؤ بحركة الغازات. تذكر أن الغازات تميل إلى معادلة ضغطها في منطقتين متصلتين. سينتقل الغاز من منطقة يكون ضغطها الجزئي فيها أعلى إلى منطقة يكون ضغطها الجزئي فيها أقل. بالإضافة إلى ذلك ، كلما زاد فرق الضغط الجزئي بين المنطقتين ، زادت سرعة حركة الغازات.

ذوبان الغازات في السوائل

قانون هنري يصف سلوك الغازات عندما تتلامس مع سائل ، مثل الدم. ينص قانون هنري على أن تركيز الغاز في سائل يتناسب طرديًا مع قابلية الذوبان والضغط الجزئي لذلك الغاز. كلما زاد الضغط الجزئي للغاز ، زاد عدد جزيئات الغاز التي ستذوب في السائل. يعتمد تركيز الغاز في السائل أيضًا على قابلية ذوبان الغاز في السائل. على سبيل المثال ، على الرغم من وجود النيتروجين في الغلاف الجوي ، إلا أن القليل جدًا من النيتروجين يذوب في الدم ، لأن قابلية ذوبان النيتروجين في الدم منخفضة جدًا. الاستثناء من ذلك يحدث في الغواصين ؛ يتسبب تكوين الهواء المضغوط الذي يتنفسه الغواصون في أن يكون للنيتروجين ضغط جزئي أعلى من المعتاد ، مما يؤدي إلى ذوبانه في الدم بكميات أكبر من المعتاد. يؤدي وجود الكثير من النيتروجين في مجرى الدم إلى حالة خطيرة يمكن أن تكون قاتلة إذا لم يتم تصحيحها. تؤسس جزيئات الغاز توازنًا بين تلك الجزيئات الذائبة في السائل وتلك الموجودة في الهواء.

يختلف تكوين الهواء في الغلاف الجوي وفي الحويصلات الهوائية. في كلتا الحالتين ، يكون التركيز النسبي للغازات هو النيتروجين> الأكسجين> بخار الماء> ثاني أكسيد الكربون. كمية بخار الماء الموجودة في الهواء السنخي أكبر من تلك الموجودة في الهواء الجوي (الجدول 2). تذكر أن الجهاز التنفسي يعمل على ترطيب الهواء الداخل ، مما يتسبب في احتواء الهواء الموجود في الحويصلات على كمية أكبر من بخار الماء مقارنة بالهواء الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الهواء السنخي على كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون وأكسجين أقل من هواء الغلاف الجوي. هذا ليس مفاجئًا ، لأن تبادل الغازات يزيل الأكسجين ويضيف ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء السنخي. يتسبب كل من التنفس العميق والقسري في تغيير تكوين الهواء السنخي بسرعة أكبر مما يحدث أثناء التنفس الهادئ. نتيجة لذلك ، تتغير الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، مما يؤثر على عملية الانتشار التي تنقل هذه المواد عبر الغشاء. سيؤدي ذلك إلى دخول الأكسجين ومغادرة ثاني أكسيد الكربون للدم بسرعة أكبر.

الجدول 2. التركيب والضغوط الجزئية للهواء السنخي
غازالنسبة المئوية للتكوين الكليالضغط الجزئي (مم زئبق)
نيتروجين (N2)74.9569
الأكسجين (O2)13.7104
الماء (H.2س)6.240
ثاني أكسيد الكربون (CO2)5.247
التركيب الكلي / إجمالي الضغط السنخي100%760.0

التهوية والإرواء

جانبان مهمان لتبادل الغازات في الرئة هما التهوية والتروية. تنفس هو حركة الهواء داخل وخارج الرئتين ، والنضح هو تدفق الدم في الشعيرات الدموية الرئوية. لكي يكون تبادل الغازات فعالاً ، يجب أن تكون الأحجام المستخدمة في التهوية والتروية متوافقة. ومع ذلك ، فإن عوامل مثل تأثيرات الجاذبية الإقليمية على الدم ، أو القنوات السنخية المسدودة ، أو المرض يمكن أن تتسبب في عدم توازن التهوية والتروية.

يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي حوالي 104 ملم زئبق ، بينما يبلغ الضغط الجزئي للدم الوريدي الرئوي المؤكسج حوالي 100 ملم زئبق. عندما تكون التهوية كافية ، يدخل الأكسجين الحويصلات الهوائية بمعدل مرتفع ، ويظل الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات مرتفعًا. في المقابل ، عندما تكون التهوية غير كافية ، ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية. بدون الاختلاف الكبير في الضغط الجزئي بين الحويصلات الهوائية والدم ، لا ينتشر الأكسجين بكفاءة عبر الغشاء التنفسي. الجسم لديه آليات لمواجهة هذه المشكلة. في الحالات التي لا تكون فيها التهوية كافية للحويصلات الهوائية ، يقوم الجسم بإعادة توجيه تدفق الدم إلى الحويصلات الهوائية التي تتلقى تهوية كافية. يتم تحقيق ذلك عن طريق تضييق الشرايين الرئوية التي تخدم الحويصلات الهوائية المختلة ، والتي تعيد توجيه الدم إلى الحويصلات الهوائية الأخرى التي لديها تهوية كافية. في الوقت نفسه ، فإن الشرايين الرئوية التي تخدم الحويصلات الهوائية تتلقى تهوية كافية لتوسيع الأوعية ، مما يؤدي إلى زيادة تدفق الدم. يمكن أن تعمل عوامل مثل مستويات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين ومستويات الأس الهيدروجيني كمحفزات لضبط تدفق الدم في الشبكات الشعرية المرتبطة بالحويصلات الهوائية.

يتم تنظيم التهوية حسب قطر الشعب الهوائية ، بينما يتم تنظيم التروية حسب قطر الأوعية الدموية. قطر القصيبات حساس للضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الهوائية. يؤدي الضغط الجزئي الأكبر لثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الهوائية إلى زيادة القصيبات في قطرها وكذلك انخفاض مستوى الأكسجين في إمداد الدم ، مما يسمح بزفير ثاني أكسيد الكربون من الجسم بمعدل أكبر. كما ذكرنا سابقًا ، يؤدي الضغط الجزئي الأكبر للأكسجين في الحويصلات الهوائية إلى توسع الشرايين الرئوية ، مما يؤدي إلى زيادة تدفق الدم.

تبادل الغازات

يحدث تبادل الغازات في موقعين في الجسم: في الرئتين حيث يتم التقاط الأكسجين ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغشاء التنفسي ، وفي الأنسجة حيث يتم إطلاق الأكسجين ويتم التقاط ثاني أكسيد الكربون. التنفس الخارجي هو تبادل الغازات مع البيئة الخارجية ، ويحدث في الحويصلات الهوائية في الرئتين. التنفس الداخلي هو تبادل الغازات مع البيئة الداخلية ، ويحدث في الأنسجة. يحدث التبادل الفعلي للغازات بسبب الانتشار البسيط. الطاقة ليست مطلوبة لنقل الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون عبر الأغشية. بدلاً من ذلك ، تتبع هذه الغازات تدرجات ضغط تسمح لها بالانتشار. يزيد تشريح الرئة من انتشار الغازات: الغشاء التنفسي شديد النفاذية للغازات ؛ الأغشية التنفسية والشعيرية الدموية رقيقة جدًا ؛ وهناك مساحة كبيرة في جميع أنحاء الرئتين.

التنفس الخارجي

ينقل الشريان الرئوي الدم غير المؤكسج إلى الرئتين من القلب ، حيث يتفرع ويصبح في النهاية الشبكة الشعرية المكونة من الشعيرات الدموية الرئوية. هذه الشعيرات الدموية الرئوية تخلق الغشاء التنفسي مع الحويصلات الهوائية. عندما يتم ضخ الدم عبر هذه الشبكة الشعرية ، يحدث تبادل الغازات. على الرغم من أن كمية صغيرة من الأكسجين قادرة على الذوبان مباشرة في البلازما من الحويصلات الهوائية ، فإن معظم الأكسجين تلتقطه كريات الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء) وترتبط ببروتين يسمى الهيموجلوبين ، وهي عملية موصوفة لاحقًا في هذا الفصل. الهيموجلوبين المؤكسج أحمر اللون ، مما يتسبب في المظهر العام للدم المؤكسج الأحمر الساطع ، والذي يعود إلى القلب من خلال الأوردة الرئوية. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الاتجاه المعاكس للأكسجين ، من الدم إلى الحويصلات الهوائية. يتم إرجاع بعض ثاني أكسيد الكربون على الهيموجلوبين ، ولكن يمكن أيضًا إذابته في البلازما أو وجوده في شكل محوّل ، كما سيتم شرحه بمزيد من التفصيل لاحقًا في هذا الفصل.

التنفس الخارجي يحدث كدالة لاختلافات الضغط الجزئي في الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الحويصلات الهوائية والدم في الشعيرات الدموية الرئوية.

على الرغم من أن ذوبان الأكسجين في الدم ليس مرتفعًا ، إلا أن هناك فرقًا كبيرًا في الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية مقابل الدم في الشعيرات الدموية الرئوية. يبلغ هذا الاختلاف حوالي 64 ملم زئبق: يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية حوالي 104 ملم زئبق ، بينما يبلغ ضغطه الجزئي في دم الشعيرات الدموية حوالي 40 ملم زئبق. هذا الاختلاف الكبير في الضغط الجزئي يخلق تدرج ضغط قويًا للغاية يجعل الأكسجين يعبر بسرعة الغشاء التنفسي من الحويصلات الهوائية إلى الدم.

يختلف الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أيضًا بين الهواء السنخي ودم الشعيرات الدموية. ومع ذلك ، فإن فرق الضغط الجزئي أقل من اختلاف الأكسجين ، حوالي 5 ملم زئبق. يبلغ الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشعري حوالي 45 ملم زئبق ، بينما يبلغ ضغطه الجزئي في الحويصلات الهوائية حوالي 40 ملم زئبق. ومع ذلك ، فإن قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون أكبر بكثير من ذوبان الأكسجين ـ بمعامل يقارب 20 ـ في كل من الدم والسوائل السنخية. نتيجة لذلك ، تتشابه التركيزات النسبية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون المنتشرة عبر الغشاء التنفسي.

التنفس الداخلي

التنفس الداخلي هو تبادل الغازات الذي يحدث على مستوى أنسجة الجسم (الشكل 3). على غرار التنفس الخارجي ، يحدث التنفس الداخلي أيضًا على شكل انتشار بسيط بسبب تدرج ضغط جزئي. ومع ذلك ، فإن تدرجات الضغط الجزئي هي عكس تلك الموجودة في الغشاء التنفسي. الضغط الجزئي للأكسجين في الأنسجة منخفض ، حوالي 40 ملم زئبق ، لأن الأكسجين يستخدم باستمرار للتنفس الخلوي. في المقابل ، يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الدم حوالي 100 ملم زئبق. هذا يخلق تدرج ضغط يتسبب في انفصال الأكسجين عن الهيموغلوبين ، وانتشاره خارج الدم ، وعبور الفراغ الخلالي ، ودخول الأنسجة. يفقد الهيموغلوبين الذي يحتوي على القليل من الأكسجين المرتبط به الكثير من سطوعه ، وبالتالي يصبح الدم العائد إلى القلب أكثر خمريًا في اللون.

بالنظر إلى أن التنفس الخلوي ينتج ثاني أكسيد الكربون باستمرار ، فإن الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون يكون أقل في الدم مما هو عليه في الأنسجة ، مما يتسبب في انتشار ثاني أكسيد الكربون خارج الأنسجة ، وعبور السائل الخلالي ، ودخول الدم. ثم يتم نقله مرة أخرى إلى الرئتين إما مرتبطًا بالهيموجلوبين ، أو مذابًا في البلازما ، أو في شكل محوّل. بحلول الوقت الذي يعود فيه الدم إلى القلب ، عاد الضغط الجزئي للأكسجين إلى حوالي 40 ملم زئبق ، وعاد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون إلى حوالي 45 ملم زئبق. ثم يتم ضخ الدم مرة أخرى إلى الرئتين لتزويده بالأكسجين مرة أخرى أثناء التنفس الخارجي.

التوصيلات اليومية: علاج غرفة الضغط العالي

نوع من الأجهزة المستخدمة في بعض مجالات الطب التي تستغل سلوك الغازات هو العلاج بغرفة الضغط العالي. غرفة الضغط العالي عبارة عن وحدة يمكن إغلاقها وتعريض المريض إما لأكسجين بنسبة 100 في المائة مع زيادة الضغط أو خليط من الغازات التي تشتمل على تركيز أعلى من الأكسجين مقارنة بالهواء الجوي العادي ، وكذلك عند ضغط جزئي أعلى من الغلاف الجوي. هناك نوعان رئيسيان من الغرف: أحادية المكان ومتعددة. عادة ما تكون الغرف أحادية المكان لمريض واحد ، ويقوم الطاقم الذي يعتني بالمريض بمراقبة المريض من خارج الغرفة. تحتوي بعض المرافق على غرف ضغط مفرط أحادية خاصة تسمح بعلاج العديد من المرضى في وقت واحد ، عادةً في وضع الجلوس أو الاستلقاء ، للمساعدة في تخفيف الشعور بالعزلة أو الخوف من الأماكن المغلقة. الغرف متعددة الفواصل كبيرة بما يكفي لعلاج العديد من المرضى في وقت واحد ، والموظفون الذين يحضرون هؤلاء المرضى موجودون داخل الغرفة. غالبًا ما يتم علاج المرضى بالهواء عبر قناع أو غطاء في غرفة متعددة القواطع ، وتكون الغرفة مضغوطة.

يعتمد علاج غرفة الضغط العالي على سلوك الغازات. كما تتذكر ، تنتقل الغازات من منطقة ذات ضغط جزئي أعلى إلى منطقة ذات ضغط جزئي منخفض. في غرفة الضغط العالي ، يزداد الضغط الجوي ، مما يتسبب في انتشار كمية أكبر من الأكسجين عن المعتاد في مجرى الدم للمريض. يستخدم العلاج بالغرفة الضغط العالي لعلاج مجموعة متنوعة من المشاكل الطبية ، مثل التئام الجروح والتطعيم ، والالتهابات البكتيرية اللاهوائية ، والتسمم بأول أكسيد الكربون. من الصعب عكس التعرّض لأول أكسيد الكربون والتسمم به ، لأن تقارب الهيموغلوبين لأول أكسيد الكربون أقوى بكثير من تقاربه بالأكسجين ، مما يتسبب في استبدال أول أكسيد الكربون بالأكسجين في الدم. يمكن أن يعالج العلاج بغرفة الضغط العالي التسمم بأول أكسيد الكربون ، لأن الضغط الجوي المتزايد يتسبب في انتشار المزيد من الأكسجين في مجرى الدم. عند هذا الضغط المتزايد وزيادة تركيز الأكسجين ، يتم إزاحة أول أكسيد الكربون من الهيموجلوبين. مثال آخر هو علاج الالتهابات البكتيرية اللاهوائية ، التي تنتجها البكتيريا التي لا تفضل أو لا تفضل العيش في وجود الأكسجين. تساعد زيادة مستويات الأكسجين في الدم والأنسجة على قتل البكتيريا اللاهوائية المسؤولة عن العدوى ، حيث أن الأكسجين سام للبكتيريا اللاهوائية. بالنسبة للجروح والطعوم ، تحفز الغرفة عملية الشفاء عن طريق زيادة إنتاج الطاقة اللازمة للإصلاح. تسمح زيادة نقل الأكسجين للخلايا بتكثيف التنفس الخلوي وبالتالي إنتاج ATP ، الطاقة اللازمة لبناء هياكل جديدة.

مراجعة الفصل

يمكن تفسير سلوك الغازات من خلال مبادئ قانون دالتون وقانون هنري ، وكلاهما يصف جوانب تبادل الغازات. ينص قانون دالتون على أن كل غاز محدد في خليط من الغازات يمارس القوة (ضغطه الجزئي) بشكل مستقل عن الغازات الأخرى في الخليط. ينص قانون هنري على أن كمية غاز معين يذوب في سائل ما هي دالة لضغطه الجزئي. كلما زاد الضغط الجزئي للغاز ، كلما تذوب المزيد من هذا الغاز في سائل ، حيث يتحرك الغاز نحو التوازن. تتحرك جزيئات الغاز إلى أسفل منحدر ضغط ؛ بمعنى آخر ، ينتقل الغاز من منطقة ذات ضغط مرتفع إلى منطقة ذات ضغط منخفض. الضغط الجزئي للأكسجين مرتفع في الحويصلات الهوائية ومنخفض في دم الشعيرات الدموية الرئوية. نتيجة لذلك ، ينتشر الأكسجين عبر الغشاء التنفسي من الحويصلات الهوائية إلى الدم. في المقابل ، يكون الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون مرتفعًا في الشعيرات الدموية الرئوية ومنخفضًا في الحويصلات الهوائية. لذلك ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون عبر الغشاء التنفسي من الدم إلى الحويصلات الهوائية. تتشابه كمية الأكسجين وثاني أكسيد الكربون التي تنتشر عبر الغشاء التنفسي.

التهوية هي العملية التي تنقل الهواء داخل وخارج الحويصلات الهوائية ، ويؤثر الإرواء على تدفق الدم في الشعيرات الدموية. كلاهما مهم في تبادل الغازات ، حيث يجب أن تكون التهوية كافية لخلق ضغط جزئي مرتفع للأكسجين في الحويصلات الهوائية. إذا كانت التهوية غير كافية وانخفض الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي ، يتم تقييد الشعيرات الدموية ويتم إعادة توجيه تدفق الدم إلى الحويصلات الهوائية مع تهوية كافية. يشير التنفس الخارجي إلى تبادل الغازات الذي يحدث في الحويصلات الهوائية ، بينما يشير التنفس الداخلي إلى تبادل الغازات الذي يحدث في الأنسجة. كلاهما مدفوع باختلافات الضغط الجزئية.

الاختيار الذاتي

أجب عن السؤال (الأسئلة) أدناه لمعرفة مدى فهمك للموضوعات التي تم تناولها في القسم السابق.

أسئلة التفكير النقدي

  1. قارن وقارن بين قانون دالتون وقانون هنري.
  2. يصاب المدخن بضرر في العديد من الحويصلات الهوائية التي لم تعد قادرة على العمل بعد ذلك. كيف يؤثر هذا على تبادل الغازات؟

[تكشف-الإجابة q = ”768033 ″] إظهار الإجابات [/ تكشف-الإجابة]
[إجابة مخفية أ = ”768033 ″]

  1. تصف قوانين دالتون وهنري سلوك الغازات. ينص قانون دالتون على أن أي غاز في خليط من الغازات يبذل قوة كما لو لم يكن في خليط. ينص قانون هنري على أن جزيئات الغاز تذوب في سائل يتناسب مع ضغطها الجزئي.
  2. لن يكون للحويصلات الهوائية التالفة تهوية كافية ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية. نتيجة لذلك ، ستضيق الشعيرات الدموية الرئوية التي تخدم هذه الحويصلات الهوائية ، مما يؤدي إلى إعادة توجيه تدفق الدم إلى الحويصلات الأخرى التي تتلقى تهوية كافية.

[/ إجابة مخفية]

قائمة المصطلحات

قانون دالتون: بيان مبدأ أن نوع غاز معين في خليط يمارس ضغطه الخاص ، كما لو أن هذا النوع المحدد من الغازات لم يكن جزءًا من خليط غازات

التنفس الخارجي: تبادل الغازات الذي يحدث في الحويصلات الهوائية

قانون هنري: بيان مبدأ أن تركيز الغاز في سائل يتناسب طرديًا مع قابلية الذوبان والضغط الجزئي لذلك الغاز

التنفس الداخلي: تبادل الغازات الذي يحدث على مستوى أنسجة الجسم

ضغط جزئي: القوة التي يمارسها كل غاز في خليط الغازات

الضغط الكلي: مجموع كل الضغوط الجزئية لمزيج غازي

تنفس: حركة الهواء داخل وخارج الرئتين ؛ يتكون من الشهيق والانتهاء


تبادل الغازات

يعتمد IVOX على وضع جهاز أكسجين من الألياف المجوفة مثبت على قسطرة مزدوجة التجويف. يبلغ قطر الألياف 200 ميكرومتر وتحتوي على مسام دقيقة تسهل تبادل الغازات. يحتوي على عدة آلاف من الألياف ويبلغ طوله حوالي 40-50 سم بمجرد إدخاله عبر الفخذ أو الطرق الوداجية الداخلية ، ويمتد النظام من الوريد الأجوف العلوي إلى الوريد الأجوف السفلي عبر الأذين الأيمن.يتم توفير الأكسجين عن طريق الضغط السلبي للسماح بتبادل الغازات بين طور الغاز داخل اللمعة ومرحلة الدم خارج اللمعة عن طريق الانتشار. تشمل مضاعفات الاستخدام تلك المتعلقة بالوصول الوريدي المركزي ، والنزيف (جزئيًا بسبب ضرورة منع تخثر الدم الجهازي) ، والعدوى ، والتخثر الوريدي العميق (بسبب انخفاض التصريف الوريدي من الطرف السفلي بعد وضع الوريد الفخذي) ، وانخفاض في كفاءة الجهاز بسبب تكوين الجلطة داخل حزمة الألياف.

تمت الإشارة إلى IVOX من أجل أكسجة المرضى الذين يعانون من متلازمة الضائقة التنفسية الحادة الوخيمة (ARDS) للسماح بالتهوية التقليدية الأقل عدوانية على أمل تجنب الصدمات الضغطية والحجمية للرئتين. ومع ذلك ، جزئيًا بسبب زيادة تطور أجهزة التنفس الصناعي الحالية وفهم أفضل لعملية المرض ، وجزئيًا بسبب معدل تعقيد ومضاعفات IVOX ، فقد أصبح الآن غير صالح.


تبادل الغازات في الثدييات

يتكون الجهاز التنفسي للثدييات من تجويف الأنف والبلعوم والحنجرة والقصبة الهوائية والشعب الهوائية والقصيبات والأكياس الهوائية (الحويصلات الهوائية).

تصطف الممرات التنفسية بوجود أهداب وخلايا تفرز المخاط ، والتي تحافظ عليها رطبة وتحبس الغبار والأوساخ والبكتيريا. يتم تغليف الرئتين بقفص صدري. يتكون القفص الصدري من عظم القص أو القص والأضلاع. يوجد غشاء عضلي في الجزء السفلي من القفص الصدري. التنفس في الثدييات. أثناء الاستنشاق ، يتم سحب القفص الصدري للخارج وللأعلى عن طريق تقلص العضلات الوربية ، بينما يتم إنزال الحجاب الحاجز أو تسويته. يزداد حجم التجويف الصدري ويدخل الهواء إلى الرئتين. أثناء الزفير ، يرتاح الوربي ، يتم إنزال القفص الصدري وسحبه إلى الداخل بينما ينقبض الحجاب الحاجز ويرفع. هذا يقلل من حجم التجويف الصدري ، ويخرج الهواء من الرئتين. أثناء الاستنشاق ، تنقبض العضلات الوربية للأضلاع ، وتسحب القفص الصدري لأعلى وللخارج. يؤدي هذا إلى شد الحجاب الحاجز للخارج ، مما يخلق مساحة فارغة كبيرة في التجويف الصدري. ثم يتم سحب الهواء إلى الرئتين. أثناء الاستنشاق ، تسترخي العضلات الوربية ، ويعود القفص الصدري إلى موضعه الأصلي ويقوس الحجاب الحاجز لأعلى. والنتيجة هي انخفاض حجم التجويف الصدري وطرد الهواء من الرئتين. كمية الهواء التي يتم استنشاقها في كل نفس تسمى حجم المد والجزر وهي حوالي 500 مل للإنسان البالغ. يصل فقط حوالي 350 مل من حجم المد والجزر إلى الرئة. تبقى 150 مل المتبقية من الهواء ، والمعروفة باسم حجم الفضاء الميت ، داخل الممرات التنفسية. تحت التمرين البدني القوي ، يمكن للرئتين استيعاب ما بين 4500 مل و 5000 مل من الهواء. وهذا ما يسمى القدرة الحيوية للرئتين. من المستحيل تفريغ الرئتين تمامًا. يبقى بعض الهواء دائمًا في الرئتين ، وهو ما يسمى بالحجم المتبقي. السيطرة على التنفس

التنفس تحت سيطرة مركز في النخاع المستطيل. مركز التنفس حساس للغاية للتغيرات في تركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة في الدم. تؤدي زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة معدل التنفس وعمقه. في بعض الأحيان ، يمكن أن تؤدي التمارين الشديدة المفرطة إلى تقليل مستوى تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجسم لدرجة أن مركز التنفس يتوقف عن إرسال الإشارات إلى الرئتين. عند حدوث ذلك ، يتوقف التنفس ، مما يؤدي إلى فقدان الوعي أو الإغماء. آثار التدخين على الصحة

التدخين خطر كبير على الصحة. يقلل التدخين من متوسط ​​العمر المتوقع للأشخاص. تشير التقديرات إلى أن عمر 25 عامًا الذي يدخن علبتي سجائر يوميًا انخفض متوسط ​​العمر المتوقع له بمقدار 8.3 سنوات. كلما زاد عدد السجائر التي يدخنها الشخص يوميًا ، كلما كان متوسط ​​العمر المتوقع له أقصر. تدخين السجائر هو السبب الرئيسي للسرطان لدى كل من الرجال والنساء. يمكن امتصاص النيكوتين في مجرى الدم لممارسة آثاره المضافة. يعد سرطان الرئة أكثر آثار التدخين شيوعًا والأكثر ضررًا. يرتبط تدخين التبغ أيضًا بالتهاب الشعب الهوائية المزمن وانتفاخ الرئة ومرض الشريان التاجي وأمراض الأوعية الدموية الطرفية والسكتة الدماغية. تشمل المكونات الضارة للتبغ القطران وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين وأكسيد النيتريك. يبدأ سرطان الرئتين الناتج عن التدخين أولاً بتكثيف الخلايا المنتجة للمخاط والتي تبطن القصبات. ويتبع ذلك فقدان الأهداب بحيث يستحيل منع الغبار والأوساخ من الاستقرار في الرئتين. تظهر الخلايا السرطانية اللاحقة في البطانة السميكة. تتفكك بعض الخلايا السرطانية وتخترق أنسجة الرئة الأخرى وتنشر السرطان. يبدو أن نسبة الإصابة بسرطان البلعوم والفم والمريء والمثانة والبنكرياس أعلى لدى المدخنين عنها لدى غير المدخنين. مدخنو السجائر معرضون للإصابة بانتفاخ الرئة بنسبة 4 إلى 25 مرة مقارنة بغير المدخنين. يؤدي التدخين إلى زيادة سماكة بطانة القصيبات مما يعيق حرية حركة الهواء بحيث يصبح التنفس صعبًا ويحتجز الهواء داخل الحويصلات الهوائية. قد يتسبب الهواء المحبوس في تكسر جدران الحويصلات الهوائية وزيادة سماكة الأوعية الشعرية المحيطة ، وبالتالي تقليل كمية الأكسجين التي تصل إلى الدماغ. هذا يجعل القلب ينبض بشكل أسرع من أجل الحصول على ما يكفي من الأكسجين للدماغ. في النهاية ، هذا يضر القلب. التدخين مسؤول عن الوفيات بسبب أمراض القلب التاجية. تتعرض الأمهات الحوامل المدخنات لخطر ولادة أطفال ميتين وأطفال يعانون من نقص الوزن. هؤلاء الأطفال عادة ما يكونون متخلفين وغير متكيفين اجتماعيًا.


الآلية الأساسية لمراقبة الجهاز التنفسي لتبادل غاز PPV

منحنيات ر. V أو V. ضغط V / P / V - التدفق - الوقت - حلقات الصوت P أو V على شاشة جهاز التنفس الصناعي - لتقييم التزامن بين المريض وجهاز التنفس الصناعي - للحصول على بعض المعلومات حول ميكانيكا الجهاز التنفسي في ظل الظروف الديناميكية (!) - لاكتشاف إعدادات جهاز التنفس الصناعي الخاطئة - للإرشاد في البحث عن إعدادات جهاز التنفس الصناعي الأمثل

منحنى الضغط والحجم: هل هو مفيد في السرير؟ كيف تراقب في السرير؟ 1) أدوات PV +/-

تقييم حجم المنحنى الثابت P-V طريقة الحقن الفائقة: تضخم تدريجي من حقنة كبيرة مع انسدادات متعددة في كل حجم لتسجيل ضغط الارتداد - - - يستغرق وقتًا طويلاً في الأداء.

هل المنحنى الثابت الكهروضوئي مفيد؟ داوني جم وآخرون. AJRCCM e- publ 5 فبراير 2004 Jonson B AJRCCM 1999159: 1172-1178 Rimensberger PC Crit Care Med 1999 27: 1946-52

قياسات الضغط في ظل الظروف الديناميكية ETT 3 مم OD Sondergaard S Ped Research 2002 51: 339 -45

مراقبة الدورة الديناميكية: هل هي أفضل؟ Kárason S Acta Anaesthesiol Scand 2000 44: 571 مؤشر التوسيع الزائد: C 20 / Cdyn Volume C 20 ضغط Cdyn Kárason S Acta Anaesthesiol Scand 2001 45: 173 0. 8 Pmax

حماية الرئة ومفهوم الرئة المفتوحة كيف ترصد بجانب السرير؟ 1) أدوات PV + / 2) O 2 - استجابة؟ Brazelton TB Crit Care Med 2001 29: 2349

استجابة الأكسجين (القيود) نسبة P / F ، توصيل الأكسجين و Crs أثناء خطوات PEEP Lichtwarck-Aschoff M AJRCCM 2000182: 2125 -32

استجابة الأوكسجين: هل يمكن استخدامها؟ تأثيرات PEEP و Vt في ALI & quotstatic & quot الامتثال: Cst = حجم المد والجزر الثابت PIP (Pplat) - PEEP Burns D J Trauma 2001 51: 1177 -81 التوظيف الزائد

ثابت VT: هضبة - زقزقة [] ضغط مجرى الهواء هضبة القمة [سم. H 2 O] 50 توازن الانتشار الزائد السائد التوظيف السائد 40 25 30 15 20 15 10 15 20 0 0 5 10 15 20 PEEP [cm H 2 O] L. Gattinoni، 2003

ثابت VT: Pa. CO 2 و Pa. O 2 انتشار مفرط سائد Pa. CO 2 Pa. O 2100 توازن التوظيف السائد [mm. الزئبق] 80 60 40 20 0 0 5 10 زقزقة [سم. H 2 O] 15 20 L.Gattinoni، 2003

O 2 - تحسين = تحسين التحويل = أ) التوظيف VA Pa. O 2 Pa. CO 2 ب) تحويل التدفق VA Pa. O 2 Pa. CO 2 L. Gattinoni، 2003

التضخم المفرط السائد = تأثير الفضاء الميت 1 2 1 1 1 - اللمحة 0 زقزقة 20 Pa. O 2 و Pa. CO 2 زيادة L. Gattinoni، 2003

زقزقة معايرة ثاني أكسيد الكربون - استجابة فرط الامتداد يبدأ زقزقة 25 أكسجين زقزقة 20 زقزقة 15 زقزقة 10

مفهوم الرئة المفتوحة: أقصى قدر من الامتثال الديناميكي وأفضل أكسجة عند أقل ضغط مطلوب 25/10 خطوات من 5 سم. H 2 O إلى 40/25 تهوية التحكم في الضغط 25/10 ينتهي التضخم الزائد

المراقبة المستمرة لغازات الدم أثناء HFO 12 11 10 9 11 CDP: 13 الانهيار المفرط

PECO 2 PETCO 2 PCO 2 cascade PACO 2 الرئة المهواة / المروية Pc. ثاني أكسيد الكربون 2 Pv. ثاني أكسيد الكربون السنخي VD / VT التشريحي VD / VT VCO 2 Pa. CO 2 Pv. CO 2 L. Gattinoni، 2003

التبادل المثالي للغازات Alveolar PCO 2 = PCO 2 الشرياني NO SHUNT Alveolar PCO 2 = PCO 2 NO ALVEOLAR VD / VT End-tidal PCO 2 Arterial PCO 2 = 1

نفس واحد - تتبع ثاني أكسيد الكربون - المرحلة الثالثة - الغاز السنخي - الطور - صعود سريع على شكل حرف S - I –CO يسمى الهضبة = غاز = ولكن من الانجراف يصعد المسالك الهوائية للحمل الحراري تدريجيًا بسبب مجرى الهواء إلى 2 - خالٍ من الغاز السنخي أ) التفريغ المتتابع لمناطق الرئة مع نسب V / Q مختلفة ب) داخل الوحدات V / Q عدم تطابق ثانوي مع خلط غير كامل للغاز تم تعديله من "اختبار التنفس الفردي لثاني أكسيد الكربون" بواسطة Roger Fletcher (1986) ج) الإطلاق المستمر لثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الهوائية أثناء انتهاء الصلاحية

ثاني أكسيد الكربون في مراقبة التهوية وآخرون. قيمة المد والجزر في ثاني أكسيد الكربون Fe. جزء ثاني أكسيد الكربون من ثاني أكسيد الكربون في الغاز منتهي الصلاحية VCO 2 دقيقة إزالة ("الإنتاج") VTCO 2 إزالة المد والجزر

Capnography الحجمي (NICO 2) تحليل ثاني أكسيد الكربون في نفس واحد تم التحقق من صحته مقابل محلل التمثيل الغذائي بواسطة Kallet et al ، Resp Care 2005 واستخدم في العديد من الدراسات لقياسات أجزاء الفضاء الميت

التصوير الشعاعي الحجمي للنفس الفردي تحليل ثاني أكسيد الكربون CO 2 والحجم بدلاً من CO 2 و Time Capnogram

تصوير الكابنوجرافي الحجمي عن طريق التنفس الفردي تحليل ثاني أكسيد الكربون III II I

مؤشر فرط تمدد الرئة أثناء معايرة اللمحة القصوى لضغط مجرى الهواء الزفيري النهائي في المرضى الذين يعانون من فشل رئوي حاد Suter PM ، Fairley HB ، Isenberg MD. يتوافق NEJM 1975 Best PEEP مع أقل جزء من الفراغ الميت وأعلى امتثال

مؤشر فرط تمدد الرئة أثناء تأثير معايرة الزقزقة على الفضاء الميت وأقسامه في ALI Beydon L، et al. في Inten Care Med 2002 زادت المساحة التشريحية الميتة بشكل طفيف مع PEEP لم تتغير المساحة الميتة السنخية بشكل منهجي مع PEEP في المرضى الفرديين ، كان هناك انخفاض أو زيادة في المساحة الميتة السنخية موازية للاستجابة الإيجابية أو السلبية لـ PEEP فيما يتعلق بالأكسجين

VT PIP / PEEP Cdyn 207 25/6 11. 1117 24/12 9. 6239 40/12 8. 6120 15/8 18. 5263 40/12 9. 6117 17/10 17. 3

حماية الرئة ومفهوم الرئة المفتوحة كيف ترصد بجانب السرير؟ 1) أدوات PV + / 2) O 2 - + CO 2 - استجابة 3) CT الصدر وطرق التصوير؟ Gattinoni L AJRCCM 2001164: 1701-1711

معلومات من دراسات التصوير المقطعي المحوسب: عدم تجانس الرئة وانهيار وانهيار داخل الرئة في إصابة الرئة غير المتجانسة ، يكون سلوك التضخم غير المتجانس PA = 35 سم. H 2 O مقتبس من Suter P NEJM 1975 292: 284 -289 PA = 15 سم. H 2 O

التصوير المقطعي لضمان المزيد من توزيع حجم الرئة المتجانس بارباس C Curr Opin Crit Care 2005 11: 18-28 Barabs

عادي التهوية المقطعية سيئة المعالجة - وكيفية الكشف عن فرط الانتشار؟ توهين التصوير المقطعي المنتشر في ZEEP ومستويين من اللمحة الطبيعية طبيعية سيئة المعالجة التوهين المقطعي المحوسب Rouby JJ AJRCCM 2002165: 1182 -6

التصوير المقطعي بالمعاوقة الكهربائية (EIT) Frerichs I et al. J Appl Physiol 2002 93: 660-666 توزيع الحجم Frerichs I، Dargaville P، Rimensberger PC Intensive Care Med 2003 29: 2312 -6

توزيع الحجم توزيع حجم المد والجزر Frerichs I، Dargaville P، Rimensberger PC Intensive Care Med 2003 29: 2312 -6

فترة انتقالية لضمان مزيد من التوزيع لحجم الرئة المتجانس Barbas C Curr Opin Crit Care 2005 11: 18-28 Barabs

مفاهيم مراقبة الجهاز التنفسي في أداة تشخيص نظام التحكم في وحدة العناية المركزة 1. ضمان نقل / تبادل الغاز. 2. ضمان التسليم (خصائص منحنى V-t / P -t) الخصائص الميكانيكية الحيوية للرئة والمسالك الهوائية لتحسين النتيجة لتجنب الأخطاء / الحوادث لتحسين فهم أمراض الرئة والتفاعل بين جهاز التنفس الصناعي والمريض

من مراقبة الجهاز التنفسي الكلاسيكية إلى تتبع تغيرات حجم الصدر أثناء مناورات التهوية 1. قياسات التدفق والحجم والضغط 2. طرق الضغط - الحجم: ملاحظة ثابتة مقابل ديناميكية مراقبة تغيرات الامتثال الديناميكي 3. استجابة تبادل الغازات: ص. O 2 و p. ثاني أكسيد الكربون 4. طرق قياس حجم الرئة: RIP ، طرق التخفيف ، CT / MRI / EIT 5. توزيع حجم المد والجزر: EIT


تبادل الغازات في الكائنات الحية

العديد من الكائنات الحية لها سمات مختلفة تمكنها من البقاء على قيد الحياة وإجراء تبادل الغازات بشكل فعال. الكائنات وحيدة الخلية ، مثل البكتيريا والأوليات ، على اتصال دائم مع بيئتها الخارجية. بالنسبة لهم ، يحدث تبادل الغازات عن طريق الانتشار عبر أغشيتهم. حتى في الكائنات الحية متعددة الخلايا البسيطة ، مثل الطحالب الخضراء ، قد تكون خلاياها قريبة من البيئة ، ويمكن أن يحدث تبادل الغازات بسهولة. في الكائنات الحية الأكبر ، على سبيل المثال الحيوانات ، يتبع تبادل الغازات نفس النمط العام كما هو الحال في النباتات. ينتقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بالانتشار عبر الأغشية الرطبة. في الحيوانات البسيطة ، يحدث التبادل مباشرة مع البيئة. ولكن مع الحيوانات المعقدة ، مثل الثدييات ، يحدث التبادل بين البيئة والدم. ثم ينقل الدم الأكسجين إلى خلايا متأصلة بعمق وينقل ثاني أكسيد الكربون إلى حيث يمكن إزالته من الجسم. يُعرف نظام أعضاء تبادل الغازات في البشر باسم الجهاز التنفسي أو الجهاز التنفسي. السطح التنفسي الفعلي موجود على الحويصلات الهوائية داخل الرئتين. يبلغ متوسط ​​مساحة الشخص البالغ حوالي 600 مليون الحويصلات الهوائية ، مما يعطي مساحة إجمالية تبلغ حوالي 100 متر مربع ، وبالتالي فإن المساحة ضخمة. تتكون جدران الحويصلات الهوائية من طبقة واحدة من الخلايا الظهارية المفلطحة ، وكذلك جدران الشعيرات الدموية ، لذلك تحتاج الغازات إلى الانتشار من خلال خليتين رفيعتين فقط. ينتشر الماء من خلايا الحويصلات الهوائية إلى الحويصلات الهوائية بحيث تكون رطبة باستمرار. يذوب الأكسجين في هذا الماء قبل أن ينتشر عبر الخلايا في الدم ، حيث يتم امتصاصه بواسطة الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء. الهيموجلوبين هو بروتين يحمل الأكسجين ويتكون من 4 مجموعات "هيم" ترتبط كل منها بجزيء أكسجين واحد. خلايا الدم الحمراء عبارة عن حزم من الهيموجلوبين مع زوجين من الإنزيمات التي تساعد على تحميل وتفريغ الأكسجين بشكل فعال. ***** يتم الحفاظ على انحدار التركيز الحاد عبر سطح الجهاز التنفسي بطريقتين.


محتويات

يُعرف توليد الجسم للحرارة بالتوليد الحراري ويمكن قياسه لتحديد كمية الطاقة المنفقة. يتناقص معدل الأيض الأساسي بشكل عام مع تقدم العمر ، ومع انخفاض كتلة الجسم النحيل (كما قد يحدث مع التقدم في السن). زيادة كتلة العضلات لها تأثير على زيادة معدل الأيض الأساسي. مستوى اللياقة الهوائية (المقاومة) ، وهو نتاج تمارين القلب والأوعية الدموية ، بينما كان يعتقد سابقًا أن له تأثير على معدل الأيض الأساسي ، ثبت في التسعينيات أنه لا يرتبط مع معدل الأيض الأساسي عند تعديله لكتلة الجسم الخالية من الدهون. [ بحاجة لمصدر ] لكن التمارين اللاهوائية تزيد من استهلاك الطاقة أثناء الراحة (انظر "التمارين الهوائية مقابل التمارين اللاهوائية"). [5] يمكن أن يؤثر المرض ، والأطعمة والمشروبات المستهلكة سابقًا ، ودرجة الحرارة البيئية ، ومستويات الإجهاد على إنفاق الفرد الكلي على الطاقة بالإضافة إلى معدل الأيض الأساسي.

يتم قياس معدل الأيض الأساسي في ظل ظروف شديدة التقييد عندما يكون الشخص مستيقظًا. يتطلب القياس الدقيق لمعدل الأيض الأساسي عدم تحفيز الجهاز العصبي الودي لدى الشخص ، وهي حالة تتطلب راحة كاملة. القياس الأكثر شيوعًا ، والذي يستخدم معايير أقل صرامة ، هو معدل الأيض في حالة الراحة (RMR). [6]

يمكن قياس معدل الأيض الأساسي عن طريق تحليل الغاز من خلال القياس المسعر المباشر أو غير المباشر ، على الرغم من أنه يمكن الحصول على تقدير تقريبي من خلال معادلة تستخدم العمر والجنس والطول والوزن. تقدم دراسات استقلاب الطاقة باستخدام كلتا الطريقتين دليلًا مقنعًا على صحة الحاصل التنفسي (RQ) ، الذي يقيس التركيب والاستفادة من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات حيث يتم تحويلها إلى وحدات ركيزة للطاقة يمكن استخدامها من قبل الجسم. طاقة.

يعتبر معدل الأيض الأساسي سمة مرنة (يمكن تعديله بشكل عكسي داخل الأفراد) ، على سبيل المثال ، يؤدي انخفاض درجات الحرارة عمومًا إلى ارتفاع معدلات التمثيل الغذائي القاعدية لكل من الطيور [7] والقوارض. [8] يوجد نموذجان لشرح كيفية تغير معدل الأيض الأساسي (BMR) استجابة لدرجة الحرارة: النموذج الأقصى المتغير (VMM) ونموذج الكسر المتغير (VFM). ينص VMM على أن استقلاب القمة (أو الحد الأقصى لمعدل الأيض استجابة للبرد) يزداد خلال فصل الشتاء ، وأن التمثيل الغذائي المستمر (أو معدل التمثيل الغذائي الذي يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى) يظل جزءًا ثابتًا من الأول. يقول VFM أن استقلاب القمة لا يتغير ، لكن التمثيل الغذائي المستمر هو جزء أكبر منه. يتم دعم VMM في الثدييات ، وعند استخدام معدلات الجسم بالكامل ، فإن الطيور الجوازية. يتم دعم VFM في دراسات الطيور الجوازية باستخدام معدلات الأيض الخاصة بالكتلة (أو معدلات التمثيل الغذائي لكل وحدة من الكتلة). تم انتقاد هذا القياس الأخير من قبل Eric Liknes و Sarah Scott و David Swanson ، الذين يقولون إن معدلات التمثيل الغذائي للكتلة غير متسقة موسمياً. [9]

بالإضافة إلى التكيف مع درجة الحرارة ، قد يتم تعديل معدل الأيض الأساسي أيضًا قبل دورات الهجرة السنوية. [7] العقدة الحمراء (ssp. جزيرة) يزيد معدّل الأيض الأساسي بحوالي 40٪ قبل الهجرة شمالًا. هذا بسبب الطلب النشط على الرحلات الطويلة. من المحتمل أن تكون الزيادة في المقام الأول بسبب زيادة الكتلة في الأعضاء المتعلقة بالرحلة. [10] تؤثر الوجهة النهائية للمهاجرين على معدل الأيض الأساسي الخاص بهم: فقد وجد أن طائر الطائر الأصفر المهاجر شمالًا لديه معدل BMR أعلى بنسبة 31٪ من أولئك الذين يهاجرون جنوبًا. [7]

في البشر ، يتناسب معدّل الأيض الأساسي بشكل مباشر مع كتلة الجسم النحيل. [11] [12] بعبارة أخرى ، كلما زادت كتلة الجسم النحيلة ، زاد معدل الأيض الأساسي ، لكن معدل الأيض الأساسي يتأثر أيضًا بالأمراض الحادة ويزيد مع حالات مثل الحروق والكسور والالتهابات والحمى وما إلى ذلك. [12] في الإناث في فترة الحيض ، يختلف معدل الأيض الأساسي BMR إلى حد ما مع مراحل الدورة الشهرية. بسبب الزيادة في هرمون البروجسترون ، يرتفع معدل الأيض الأساسي في بداية المرحلة الأصفرية ويبقى في أعلى مستوياته حتى تنتهي هذه المرحلة. هناك نتائج مختلفة في البحث عن مقدار الزيادة التي تحدث عادة. عينة صغيرة ، دراسات مبكرة ، وجدت أرقامًا مختلفة ، مثل زيادة التمثيل الغذائي للنوم بعد الإباضة بنسبة 6٪ ، [13] زيادة بنسبة 7٪ إلى 15٪ في قضاء 24 ساعة بعد الإباضة ، [14] وزيادة في المرحلة الأصفرية وزيادة معدل الأيض الأساسي بمقدار أعلى. إلى 12٪. [15] [16] وجدت دراسة أجرتها الجمعية الأمريكية للتغذية السريرية أن مجموعة تجريبية من المتطوعات لديهن متوسط ​​زيادة بنسبة 11.5٪ في إنفاق الطاقة على مدار 24 ساعة في الأسبوعين التاليين للإباضة ، بنطاق 8٪ إلى 16٪ . تم قياس هذه المجموعة عن طريق القياس الحراري المباشر وغير المباشر في وقت واحد وكان لديهم وجبات يومية موحدة وجدول الجلوس من أجل منع التلاعب بالزيادة عن طريق التغيير في تناول الطعام أو مستوى النشاط. [17] وجدت دراسة أجراها معهد مانديا للعلوم الطبية في عام 2011 أنه خلال المرحلة الجريبية للمرأة ودورة الحيض لا يوجد فرق كبير في معدل الأيض الأساسي ، ومع ذلك فإن السعرات الحرارية التي يتم حرقها في الساعة أعلى بكثير ، حتى 18٪ خلال المرحلة الأصفرية .كما أدى زيادة قلق الحالة (مستوى التوتر) إلى زيادة معدل الأيض الأساسي بشكل مؤقت. [18]

أظهر العمل المبكر للعلماء جيه آرثر هاريس وفرانسيس جي بنديكت أن القيم التقريبية لـ BMR يمكن اشتقاقها باستخدام مساحة سطح الجسم (محسوبة من الطول والوزن) والعمر والجنس ، إلى جانب تدابير الأكسجين وثاني أكسيد الكربون المتخذة من قياس السعرات الحرارية. أظهرت الدراسات أيضًا أنه من خلال القضاء على الفروق بين الجنسين التي تحدث مع تراكم الأنسجة الدهنية من خلال التعبير عن معدل التمثيل الغذائي لكل وحدة من كتلة الجسم "الخالية من الدهون" أو النحيف ، فإن القيم بين الجنسين لعملية التمثيل الغذائي القاعدية هي نفسها بشكل أساسي. تحتوي كتب علم وظائف الأعضاء على جداول لإظهار تحويل الطول ومساحة سطح الجسم من حيث صلتها بالوزن وقيم التمثيل الغذائي القاعدية.

العضو الأساسي المسؤول عن تنظيم التمثيل الغذائي هو الوطاء. يقع الوطاء على الدماغ البيني ويشكل الأرضية وجزءًا من الجدران الجانبية للبطين الثالث من المخ. الوظائف الرئيسية للوطاء هي:

  1. مراقبة وتكامل أنشطة الجهاز العصبي اللاإرادي (ANS)
    • ينظم ANS تقلص العضلات الملساء وعضلة القلب ، إلى جانب إفرازات العديد من أعضاء الغدد الصماء مثل الغدة الدرقية (المرتبطة بالعديد من اضطرابات التمثيل الغذائي).
    • من خلال ANS ، يعد الوطاء هو المنظم الرئيسي للأنشطة الحشوية ، مثل معدل ضربات القلب ، وحركة الطعام عبر الجهاز الهضمي ، وتقلص المثانة البولية.
  2. إنتاج وتنظيم مشاعر الغضب والعدوان
  3. تنظيم درجة حرارة الجسم
  4. تنظيم تناول الطعام من خلال مركزين:
    • مركز التغذية أو مركز الجوع مسؤول عن الأحاسيس التي تجعلنا نبحث عن الطعام. عندما يتم تلقي طعام أو ركائز كافية ويكون هرمون اللبتين مرتفعًا ، يتم تحفيز مركز الشبع وإرسال نبضات تثبط مركز التغذية. عندما يكون الطعام غير كافٍ في المعدة وتكون مستويات الجريلين مرتفعة ، فإن المستقبلات في منطقة ما تحت المهاد تبدأ في الشعور بالجوع.
    • يعمل مركز العطش بشكل مشابه عندما يتم تحفيز خلايا معينة في منطقة ما تحت المهاد من خلال ارتفاع الضغط التناضحي للسائل خارج الخلية. إذا تم الشعور بالعطش ، ينخفض ​​الضغط الأسموزي.

تشكل كل هذه الوظائف مجتمعة آلية بقاء تجعلنا نحافظ على عمليات الجسم التي يقيسها معدل الأيض الأساسي.

تحرير صيغ تقدير BMR

تم نشر العديد من المعادلات للتنبؤ بعدد السعرات الحرارية التي يحتاجها الإنسان منذ أوائل القرن العشرين وحتى القرن الحادي والعشرين. في كل من الصيغ أدناه:

  • ص هو إجمالي إنتاج الحرارة في حالة الراحة الكاملة ،
  • م هي الكتلة (كلغ) ،
  • ح هو الارتفاع (سم) ، و
  • أ هو العمر (بالسنوات) ، [19]

تاريخيًا ، كانت الصيغة الأكثر بروزًا هي معادلة هاريس بنديكت ، التي نُشرت عام 1919.

    للرجال ، P = (13.7516 م 1 كجم + 5.0033 ساعة 1 سم - 6.7550 أ 1 سنة + 66.4730) سعر حراري يوم <1

يرجع الاختلاف في معدل الأيض الأساسي للرجال والنساء بشكل أساسي إلى الاختلافات في وزن الجسم. على سبيل المثال ، امرأة تبلغ من العمر 55 عامًا تزن 130 رطلاً (59 كجم) وطولها 5 أقدام و 6 بوصات (168 سم) سيكون معدل الاستقلاب الأساسي 1272 كيلو كالوري في اليوم.

معادلة هاريس بنديكت المنقحة

في عام 1984 ، تمت مراجعة معادلات هاريس بنديكت الأصلية [20] باستخدام بيانات جديدة. بالمقارنة مع النفقات الفعلية ، وجد أن المعادلات المعدلة أكثر دقة. [21]

    بالنسبة للرجال ، P = (13.397 م 1 كجم + 4.799 س 1 سم - 5.677 أ 1 سنة + 88.362) سعرة حرارية في اليوم <1

كانت أفضل معادلة تنبؤ حتى عام 1990 ، عندما كان ميفلين وآخرون. [22] قدم المعادلة:

    الفوسفور = (10.0 م 1 كجم + 6.25 س 1 سم - 5.0 أ 1 سنة + ث) kcal day <1

وفقًا لهذه الصيغة ، فإن المرأة في المثال أعلاه لديها معدل استقلاب أساسي يبلغ 1204 سعرة حرارية في اليوم. خلال المائة عام الماضية ، تغيرت أنماط الحياة وفرانكنفيلد وآخرون. [23] أظهر أنها أكثر دقة بنحو 5٪.

تعتمد هذه الصيغ على وزن الجسم ، والتي لا تأخذ في الاعتبار الاختلاف في النشاط الأيضي بين كتلة الجسم الخالية من الدهون ودهون الجسم. توجد صيغ أخرى تأخذ في الاعتبار كتلة الجسم النحيل ، اثنتان منها هي صيغة Katch-McArdle ، وصيغة Cunningham.

صيغة Katch-McArdle (يستريح نفقات الطاقة اليومية)

تُستخدم صيغة Katch-McArdle للتنبؤ باستراحة نفقات الطاقة اليومية (RDEE). [24] عادةً ما يُستشهد بصيغة كننغهام للتنبؤ بـ RMR بدلاً من BMR ، ومع ذلك ، فإن الصيغ المقدمة من Katch-McArdle و Cunningham هي نفسها. [25]

أين هي كتلة الجسم النحيل (LBM بالكيلو جرام)

أين F هي نسبة الدهون في الجسم. وفقًا لهذه الصيغة ، إذا كان لدى المرأة في المثال نسبة دهون في الجسم تبلغ 30٪ ، فإن نفقات الطاقة اليومية في الراحة (يستخدم المؤلفون مصطلح التمثيل الغذائي الأساسي والراحة بالتبادل) سيكون 1262 سعرة حرارية في اليوم.

أسباب الفروق الفردية في تعديل معدل الأيض الأساسي

معدل الأيض الأساسي يختلف بين الأفراد. أبلغت إحدى الدراسات التي أجريت على 150 بالغًا يمثلون السكان في اسكتلندا عن معدلات الأيض الأساسية من 1027 كيلو كالوري في اليوم (4301 كيلو جول / يوم) إلى 2499 كيلو كالوري / يوم (10455 كيلو جول / يوم) بمتوسط ​​معدل استقلاب أساسي 1500 كيلو كالوري. / يوم (6279 كج / يوم). إحصائيًا ، حسب الباحثون أن 62.3٪ من هذا الاختلاف تم تفسيره بالاختلافات في الكتلة الخالية من الدهون. وشملت العوامل الأخرى التي تفسر الاختلاف كتلة الدهون (6.7٪) والعمر (1.7٪) والخطأ التجريبي بما في ذلك الاختلاف داخل الموضوع (2٪). أما باقي التباين (26.7٪) فلم يتم تفسيره. لم يتم تفسير هذا الاختلاف المتبقي بالجنس ولا باختلاف حجم الأنسجة للأعضاء النشطة للغاية مثل الدماغ. [26]

وقد لوحظت اختلافات في معدل الأيض الأساسي عند مقارنة المواضيع مع نفس الشيء كتلة الجسم النحيل. في إحدى الدراسات ، عند مقارنة الأفراد الذين لديهم نفس كتلة الجسم النحيل ، فإن أعلى 5٪ من معدّلات الأيض الأساسي تكون 1.28-1.32 مرة أقل نسبة 5٪ من معدّل الأيض الأساسي. [27] بالإضافة إلى ذلك ، تشير هذه الدراسة إلى حالة كان فيها شخصان لهما نفس كتلة الجسم النحيف البالغة 43 كجم معدل استقلاب عضلي أساسي 1075 كيلو كالوري / يوم (4.5 ميجا جول / يوم) و 1790 كيلو كالوري / يوم (7.5 ميجا جول / يوم). هذا الاختلاف البالغ 715 كيلو كالوري / يوم (67٪) يعادل أحد الأفراد الذين يكملون مسافة 10 كيلومترات كل يوم. [27] ومع ذلك ، فإن هذه الدراسة لم تأخذ في الحسبان الجنس أو الطول أو حالة الصيام أو نسبة الدهون في الجسم للأشخاص.

يرجع حوالي 70٪ من إجمالي إنفاق الإنسان للطاقة إلى عمليات الحياة القاعدية التي تحدث في أعضاء الجسم (انظر الجدول). يأتي حوالي 20٪ من نفقات الطاقة من النشاط البدني و 10٪ أخرى من توليد الحرارة أو هضم الطعام (توليد الحرارة بعد الأكل). [29] تتطلب كل هذه العمليات تناول الأكسجين جنبًا إلى جنب مع الإنزيمات المساعدة لتوفير الطاقة للبقاء (عادةً من المغذيات الكبيرة مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات) وطرد ثاني أكسيد الكربون ، بسبب المعالجة بواسطة دورة كريبس.

بالنسبة لمعدل الأيض الأساسي ، يتم استهلاك معظم الطاقة في الحفاظ على مستويات السوائل في الأنسجة من خلال تنظيم التناضح ، ويتم استهلاك حوالي عُشر الطاقة فقط في الأعمال الميكانيكية ، مثل الهضم ونبض القلب والتنفس. [30]

ما يمكّن دورة كريبس من إجراء تغييرات التمثيل الغذائي للدهون والكربوهيدرات والبروتينات هو الطاقة ، والتي يمكن تعريفها على أنها القدرة أو القدرة على القيام بالعمل. إن تكسير الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر - المرتبط بإطلاق الطاقة - هو عملية هدم. عملية البناء تسمى الابتنائية. يعد تكسير البروتينات إلى أحماض أمينية مثالًا على التقويض ، في حين أن تكوين البروتينات من الأحماض الأمينية هو عملية بنائية.

التفاعلات المفرطة هي تفاعلات تطلق الطاقة وهي تقويضية بشكل عام. تتطلب تفاعلات Endergonic الطاقة وتشمل التفاعلات الابتنائية وتقلص العضلات. التمثيل الغذائي هو مجموع جميع ردود الفعل التقويضية ، طويلة الأمد ، الابتنائية ، endergonic.

الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) هو الجزيء الوسيط الذي يدفع النقل المفرط للطاقة للتحول إلى التفاعلات الابتنائية التي تستخدم في تقلص العضلات. هذا هو ما يتسبب في عمل العضلات مما قد يتطلب الانهيار ، وكذلك البناء في فترة الراحة ، والتي تحدث أثناء مرحلة التقوية المصاحبة للتقلص العضلي. يتكون ATP من الأدينين ، وقاعدة تحتوي على النيتروجين ، والريبوز ، وخمسة سكر كربون (تسمى مجتمعة الأدينوزين) ، وثلاث مجموعات فوسفاتية. ATP هو جزيء عالي الطاقة لأنه يخزن كميات كبيرة من الطاقة في الروابط الكيميائية لمجموعتي الفوسفات النهائيين. يوفر كسر هذه الروابط الكيميائية في دورة كريبس الطاقة اللازمة لتقلص العضلات.

تحرير الجلوكوز

لأن نسبة ذرات الهيدروجين إلى الأكسجين في جميع الكربوهيدرات هي دائمًا نفس النسبة الموجودة في الماء - أي 2 إلى 1 - يتم استخدام كل الأكسجين الذي تستهلكه الخلايا لأكسدة الكربون في جزيء الكربوهيدرات لتكوين ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي ، أثناء الأكسدة الكاملة لجزيء الجلوكوز ، يتم إنتاج ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء وستة جزيئات من الأكسجين يتم استهلاكها.

المعادلة الإجمالية لهذا التفاعل هي:

(ينتج 30-32 جزيء ATP اعتمادًا على نوع مكوك الميتوكوندريا ، 5-5.33 جزيء ATP لكل جزيء من الأكسجين)

لأن تبادل الغازات في هذا التفاعل متساوي ، فإن حاصل التنفس (R.Q) للكربوهيدرات هو الوحدة أو 1.0:

تحرير الدهون

يختلف التركيب الكيميائي للدهون عن تلك الموجودة في الكربوهيدرات في أن الدهون تحتوي على عدد أقل بكثير من ذرات الأكسجين بما يتناسب مع ذرات الكربون والهيدروجين. عند إدراجها في جداول المعلومات الغذائية ، يتم تقسيم الدهون عمومًا إلى ست فئات: إجمالي الدهون ، والأحماض الدهنية المشبعة ، والأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة ، والأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة ، والكوليسترول الغذائي ، والأحماض الدهنية غير المشبعة. من منظور التمثيل الغذائي القاعدي أو الأيض أثناء الراحة ، هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لحرق الأحماض الدهنية المشبعة أكثر من الأحماض الدهنية غير المشبعة. يتم تكسير جزيء الأحماض الدهنية وتصنيفها بناءً على عدد ذرات الكربون في هيكلها الجزيئي. تُظهر المعادلة الكيميائية لاستقلاب اثني عشر إلى ستة عشر ذرة كربون في جزيء حمض دهني مشبع الفرق بين استقلاب الكربوهيدرات والأحماض الدهنية. حمض البالمتيك هو مثال مدروس بشكل شائع لجزيء الأحماض الدهنية المشبعة.

المعادلة الشاملة لاستخدام الركيزة لحمض البالمتيك هي:

(تم إنتاج 106 جزيء ATP ، 4.61 جزيء ATP لكل جزيء من الأكسجين)

وهكذا فإن R.Q. لحمض البالمتيك 0.696:

تحرير البروتينات

تتكون البروتينات من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين مرتبة بطرق متنوعة لتشكيل مجموعة كبيرة من الأحماض الأمينية. على عكس الدهون ، لا يحتوي الجسم على رواسب تخزين للبروتين. كل ذلك موجود في الجسم كأجزاء مهمة من الأنسجة وهرمونات الدم والإنزيمات. تخضع المكونات الهيكلية للجسم التي تحتوي على هذه الأحماض الأمينية باستمرار لعملية تفكك واستبدال. يمكن إثبات حاصل الجهاز التنفسي لعملية التمثيل الغذائي للبروتين من خلال المعادلة الكيميائية لأكسدة الألبومين:

ج 72 H 112 N 18 O 22 S + 77 O 2 ⟶ 63 CO 2 + 38 H 2 O + SO 3 + 9 CO (NH 2) 2 >>

يعتبر R.Q. للألبومين 0.818:

السبب في أهمية ذلك في عملية فهم التمثيل الغذائي للبروتين هو أن الجسم يمكنه مزج العناصر الغذائية الثلاثة الكبيرة ، وبناءً على كثافة الميتوكوندريا ، يمكن تحديد نسبة مفضلة تحدد مقدار الوقود المستخدم في الحزم للعمل الذي تنجزه العضلات . تم تقدير تقويض البروتين (الانهيار) لتوفير 10٪ إلى 15٪ من إجمالي متطلبات الطاقة خلال جلسة تدريب هوائية مدتها ساعتان. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى تدهور شديد في هياكل البروتين اللازمة للحفاظ على البقاء مثل الخصائص الانقباضية للبروتينات في القلب ، والميتوكوندريا الخلوية ، وتخزين الميوغلوبين ، والإنزيمات الأيضية داخل العضلات.

النظام التأكسدي (الهوائي) هو المصدر الأساسي لـ ATP الذي يزود الجسم أثناء الراحة وأثناء الأنشطة منخفضة الكثافة ويستخدم في المقام الأول الكربوهيدرات والدهون كركائز. لا يتم التمثيل الغذائي للبروتين عادة بشكل كبير ، إلا أثناء الجوع على المدى الطويل ونوبات طويلة من التمرين (أكثر من 90 دقيقة). في حالة الراحة ، يتم اشتقاق حوالي 70٪ من ATP المنتج من الدهون و 30٪ من الكربوهيدرات. بعد بدء النشاط ، مع زيادة شدة التمرين ، هناك تحول في تفضيل الركيزة من الدهون إلى الكربوهيدرات. أثناء التمارين الهوائية عالية الكثافة ، يتم اشتقاق ما يقرب من 100٪ من الطاقة من الكربوهيدرات ، في حالة توفر إمدادات كافية.

التمارين الهوائية مقابل التمارين اللاهوائية

تشير الدراسات المنشورة في عام 1992 [31] وعام 1997 [32] إلى أن مستوى اللياقة الهوائية للفرد ليس له أي ارتباط بمستوى التمثيل الغذائي أثناء الراحة. وجدت كلتا الدراستين أن مستويات اللياقة الهوائية لا تحسن القدرة التنبؤية للكتلة الخالية من الدهون من أجل معدل الأيض أثناء الراحة.

ومع ذلك ، فإن الأبحاث الحديثة من مجلة علم وظائف الأعضاء التطبيقية ، والتي نُشرت في عام 2012 ، [33] قارنت بين التدريب على المقاومة والتدريب الهوائي على كتلة الجسم وكتلة الدهون لدى البالغين الذين يعانون من زيادة الوزن (STRRIDE AT / RT). عندما تفكر في الالتزامات الزمنية مقابل الفوائد الصحية ، فإن التدريب الهوائي هو الطريقة المثلى للتمرين لتقليل كتلة الدهون وكتلة الجسم كاعتبار أساسي ، والتدريب على المقاومة جيد كعامل ثانوي عندما تكون الشيخوخة والكتلة الخالية من الدهون مصدر قلق. يتسبب تدريب المقاومة في حدوث إصابات بمعدل أعلى بكثير من التمارين الهوائية. [33] بالمقارنة مع تدريبات المقاومة ، فقد وجد أن التمارين الهوائية أدت إلى انخفاض ملحوظ في وزن الجسم عن طريق تعزيز نظام القلب والأوعية الدموية وهو العامل الرئيسي في استخدام التمثيل الغذائي لركائز الدهون. تدريب المقاومة إذا كان الوقت متاحًا مفيد أيضًا في التمثيل الغذائي بعد التمرين ، ولكنه عامل مساعد لأن الجسم يحتاج إلى الشفاء بشكل كاف بين حلقات تدريب المقاومة ، بينما مع التدريب الهوائي ، يمكن للجسم قبول هذا كل يوم. RMR و BMR هي قياسات الاستهلاك اليومي للسعرات الحرارية. [34] [33] تتناول غالبية الدراسات المنشورة حول هذا الموضوع التمارين الهوائية نظرًا لفعاليتها في إدارة الصحة والوزن.

التمارين اللاهوائية ، مثل رفع الأثقال ، تبني كتلة عضلية إضافية. تساهم العضلات في الكتلة الخالية من الدهون للفرد ، وبالتالي فإن النتائج الفعالة من التمارين اللاهوائية ستزيد من معدل الأيض الأساسي. [35] ومع ذلك ، فإن التأثير الفعلي على معدل الأيض الأساسي مثير للجدل ويصعب حصره. تشير دراسات مختلفة [36] [37] إلى أن معدل الأيض أثناء الراحة للعضلات المدربة يبلغ حوالي 55 كيلو جول لكل كيلوغرام في اليوم. حتى الزيادة الكبيرة في كتلة العضلات ، لنقل 5 كجم ، لن يكون لها سوى تأثير طفيف على معدل الأيض الأساسي.

في عام 1926 ، اقترح ريموند بيرل أن طول العمر يختلف عكسيًا مع معدل الأيض الأساسي ("فرضية الحياة"). يأتي دعم هذه الفرضية من حقيقة أن الثدييات ذات حجم الجسم الأكبر لها فترات حياة قصوى أطول (تتمتع الحيوانات الكبيرة بمعدلات استقلاب كلية أعلى ، لكن معدل التمثيل الغذائي على المستوى الخلوي أقل بكثير ، ومعدل التنفس وضربات القلب أبطأ في الحيوانات الكبيرة) وحقيقة أن طول عمر ذباب الفاكهة يختلف عكسيًا مع درجة الحرارة المحيطة. [38] بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إطالة العمر الافتراضي للذباب عن طريق منع النشاط البدني. [39] تم تعزيز هذه النظرية من خلال العديد من الدراسات الجديدة التي تربط معدل الأيض الأساسي المنخفض بزيادة متوسط ​​العمر المتوقع في جميع أنحاء المملكة الحيوانية - بما في ذلك البشر. ارتبط تقييد السعرات الحرارية وانخفاض مستويات هرمون الغدة الدرقية ، وكلاهما يقلل من معدل الأيض ، بزيادة طول العمر في الحيوانات. [40] [41] [42] [43]

ومع ذلك ، يمكن أن تتراوح نسبة إجمالي إنفاق الطاقة اليومي إلى معدل الأيض أثناء الراحة بين 1.6 و 8.0 بين أنواع الثدييات. تختلف الحيوانات أيضًا في درجة الاقتران بين الفسفرة المؤكسدة وإنتاج ATP ، وكمية الدهون المشبعة في أغشية الميتوكوندريا ، وكمية إصلاح الحمض النووي ، والعديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على أقصى مدى للحياة. [44]

طول عمر الكائن ومعدل الأيض القاعدي تحرير

في القياس التفاضلي ، يرتبط الحد الأقصى من العمر المحتمل (MPLS) ارتباطًا مباشرًا بمعدل الأيض (MR) ، حيث MR هو معدل إعادة شحن الكتلة الحيوية المكونة من الروابط التساهمية. تتعرض هذه الكتلة الحيوية (W) للتدهور بمرور الوقت من الضغط الحراري الديناميكي والانتروبيا. يُفهم الأيض بشكل أساسي على أنه اقتران الأكسدة والاختزال ، ولا علاقة له بالتوليد الحراري. ثم يتم التعبير عن الكفاءة الأيضية (ME) على أنها كفاءة هذا الاقتران ، وهي نسبة الأمبيرات [ التوضيح المطلوب ] التي تم التقاطها واستخدامها بواسطة الكتلة الحيوية ، للأمبيرات المتاحة لهذا الغرض. MR يقاس بالواط ، W يقاس بالجرام. يتم الجمع بين هذه العوامل في قانون السلطة ، وهو تفصيل لقانون كليبر المتعلق بـ MR بـ W و MPLS ، والذي يظهر كـ MR = W ^ (4ME-1) / 4ME. [ التوضيح المطلوب ] عندما تكون ME تساوي 100٪ ، فإن MR = W ^ 3/4 يُعرف عمومًا باسم قياس ربع الطاقة ، وهو نسخة من القياس التفاضلي الذي يعتمد على تقديرات غير واقعية للكفاءة البيولوجية.

تكشف المعادلة أنه مع انخفاض ME إلى أقل من 20٪ ، بالنسبة لـ W & lt غرام واحد ، يزيد MR / MPLS بشكل كبير بحيث يمنح W خلودًا افتراضيًا بنسبة 16٪. كلما كان W أصغر في البداية ، كلما كانت الزيادة في MR أكثر دراماتيكية مع تناقص ME. تتناسب جميع خلايا الكائن الحي مع هذا النطاق ، أي أقل من جرام واحد ، وبالتالي سيشار إلى هذا MR على أنه BMR.

لكن المعادلة تكشف أنه مع زيادة هامش الخطأ بنسبة تزيد عن 25٪ ، يقترب معدل الأيض الأساسي من الصفر. تُظهر المعادلة أيضًا أنه بالنسبة لجميع W & gt غرام واحد ، حيث W هو تنظيم جميع BMRs لهيكل الكائن الحي ، ولكنه يشمل أيضًا نشاط الهيكل ، حيث يزيد ME بنسبة تزيد عن 25٪ ، ويزيد MR / MPLS بدلاً من النقصان ، كما هو الحال مع BMR. سيشار إلى MR المكون من منظمة BMRs باسم FMR. [ التوضيح المطلوب ] نظرًا لانخفاض ME إلى أقل من 25٪ ، يقل معدل FMR بدلاً من زيادته كما هو الحال مع معدل الأيض الأساسي.

إن العداء بين FMR و BMR هو ما يميز عملية شيخوخة الكتلة الحيوية W من حيث الطاقة. إن هامش الخطأ في الكائن الحي هو نفسه الموجود في الخلايا ، بحيث يكون نجاح قدرة الكائن الحي في العثور على الطعام (وخفض نسبة ME) مفتاحًا للحفاظ على معدل الأيض الأساسي للخلايا مدفوعًا ، وإلا ، بسبب الجوع ، إلى الاقتراب صفر بينما في نفس الوقت يقلل الحد الأدنى من FMR / MPLS للكائن الحي. [ بحاجة لمصدر ]

يختلف التمثيل الغذائي للشخص باختلاف حالته البدنية ونشاطه. يمكن أن يكون لتدريب الوزن تأثير أطول على التمثيل الغذائي من التدريب الهوائي ، ولكن لا توجد صيغ رياضية معروفة يمكنها أن تتنبأ بدقة بطول ومدة التمثيل الغذائي المرتفع من التغيرات الغذائية مع التدريب العصبي العضلي الابتنائي.

عادةً ما يؤدي انخفاض تناول الطعام إلى خفض معدل التمثيل الغذائي حيث يحاول الجسم الحفاظ على الطاقة. [45] يقدر الباحث جاري فوستر أن اتباع نظام غذائي منخفض السعرات الحرارية بأقل من 800 سعرة حرارية في اليوم من شأنه أن يقلل من معدل الأيض بنسبة تزيد عن 10 بالمائة. [46]

يمكن أن يتأثر معدل التمثيل الغذائي ببعض الأدوية ، مثل العوامل المضادة للغدة الدرقية ، والأدوية المستخدمة لعلاج فرط نشاط الغدة الدرقية ، مثل بروبيل ثيوراسيل وميثيمازول ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التمثيل الغذائي إلى المستوى الطبيعي واستعادة نشاط الغدة الدرقية. [ بحاجة لمصدر ] بعض الأبحاث [ أي؟ ] وقد ركز على تطوير عقاقير مضادة للسمنة لرفع معدل الأيض ، مثل الأدوية لتحفيز توليد الحرارة في العضلات الهيكلية. [ بحاجة لمصدر ]

قد يرتفع معدل الأيض في حالة الإجهاد والمرض والسكري. قد يؤثر انقطاع الطمث أيضًا على التمثيل الغذائي. [47]

يتم تحديد معدل ضربات القلب من خلال النخاع المستطيل وجزء من الجسر ، وهما عضوان يقعان في مستوى أدنى من منطقة ما تحت المهاد على جذع الدماغ. يعد معدل ضربات القلب مهمًا لمعدل الأيض الأساسي ومعدل الأيض أثناء الراحة لأنه يحرك إمدادات الدم ، مما يحفز دورة كريبس. [ بحاجة لمصدر ] أثناء التمرين الذي يحقق العتبة اللاهوائية ، من الممكن توصيل ركائز مرغوبة لتحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة. يتم تعريف العتبة اللاهوائية على أنها مستوى استخدام الطاقة لمجهود معدل ضربات القلب الذي يحدث بدون أكسجين أثناء اختبار معياري مع بروتوكول محدد لدقة القياس ، [ بحاجة لمصدر ] مثل بروتوكول Bruce Treadmill (انظر المكافئ الأيضي للمهمة). مع أربعة إلى ستة أسابيع من التدريب المستهدف ، يمكن أن تتكيف أنظمة الجسم مع نضح أعلى لكثافة الميتوكوندريا لزيادة توافر الأكسجين لدورة كريبس ، أو دورة الكربوكسيل ، أو دورة التحلل. [ بحاجة لمصدر ] وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض معدل ضربات القلب أثناء الراحة ، وانخفاض ضغط الدم ، وزيادة معدل الأيض الأساسي. [ بحاجة لمصدر ]

من خلال قياس معدل ضربات القلب ، يمكننا بعد ذلك استنباط تقديرات لمستوى استخدام الركيزة الذي يتسبب في الواقع في التمثيل الغذائي الكيميائي الحيوي في أجسامنا أثناء الراحة أو أثناء النشاط. [48] ​​وهذا بدوره يمكن أن يساعد الشخص في الحفاظ على مستوى مناسب من الاستهلاك والاستخدام من خلال دراسة تمثيل رسومي للعتبة اللاهوائية. يمكن تأكيد ذلك عن طريق اختبارات الدم وتحليل الغازات باستخدام القياس المسعر المباشر أو غير المباشر لإظهار تأثير استخدام الركيزة. [ بحاجة لمصدر أصبحت قياسات معدل الأيض الأساسي ومعدل الأيض أثناء الراحة أدوات أساسية للحفاظ على وزن صحي للجسم.


الانتشار: الأهمية ، النفاذية ، الأغشية والأهمية | علم النبات

تُعرف حركة جزيئات الغازات والسوائل والمواد الصلبة من منطقة التركيز الأعلى للمنطقة ذات التركيز المنخفض باسم الانتشار. قد يحدث بين الغاز والغاز ، السائل والسائل ، أو الصلب والسائل.

يمكن تعريف الانتشار أيضًا على أنه حركة الجزيئات من مناطق الضغط الجزئي الأعلى إلى مناطق الضغط الجزئي المنخفض نتيجة لطاقتها الحركية الكامنة. على سبيل المثال ، عندما يتم إسقاط مكعب من السكر في دورق يحتوي على الماء ، يذوب السكر ببطء وتتحرك جزيئاته ، دون أن يحملها التيار ، من سطح المكعب إلى أجزاء أخرى من الماء في الدورق.

بعد فترة ، يختفي مكعب السكر وتتوزع جزيئات السكر بشكل موحد في جميع أنحاء الماء (الشكل 1.1). هذا هو الحال مع الغازات - غازان يتم إطلاقهما داخل حجرة مغلقة سرعان ما ينتشران في جميع أنحاء المساحة المتاحة بالكامل ويصبحان مختلطين تمامًا. عملها مألوف فيما يتعلق بالرائحة.

انتشار الجزيئات أو الأيونات عبر الغشاء نوعان:

لا تتحد الجزيئات أو الأيونات المنتشرة مع مكونات الغشاء.

(ب) الانتشار الميسر:

تنتقل الجزيئات المنتشرة عبر الغشاء بمساعدة بروتين النقل أو البروتينات الحاملة.

ضغط الانتشار (DP):

صاغ ماير (1938) المصطلح للدلالة على القدرة المحتملة لجزيئات أو أيونات أي مادة على الانتشار من منطقة تركيزها الأعلى إلى منطقة تركيزها المنخفض. يتناسب ضغط الانتشار طرديًا مع عدد الجسيمات المنتشرة. لذلك ، كلما زاد تركيز الجزيئات المنتشرة في نظام ما ، سيكون انتشارها أكبر أيضًا. الماء النقي (المذيب) سيكون له ضغط انتشار أكبر من محلول السكر.

العوامل المؤثرة في الانتشار:

قوة انتشار الجزيئات هي طاقتها الحركية (أي الإمكانات الكيميائية). لذلك ، تعتبر ظاهرة الانتشار ناتجة عن الاختلافات في الإمكانات الكيميائية أو الطاقة الحرة لمكونات النظام. ستؤثر جميع العوامل التي تغير الإمكانات الكيميائية للجزيئات في النهاية على معدل الانتشار.

فيما يلي بعض العوامل المهمة:

(أ) تدرج ضغط الانتشار (DPG):

معدل انتشار أي مادة يتناسب طرديا مع الاختلاف في تركيز جزيئاتها أو أيوناتها في المنطقتين ، ويتناسب عكسيا مع المسافة بين هاتين المنطقتين. وبالتالي ، فإن الاختلافات في ضغوط الانتشار تحدد معدل واتجاه الانتشار.

تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على معدل الانتشار. إذا ارتفعت درجة الحرارة ، يتم تسريع الانتشار بسبب زيادة سرعة جزيئات الانتشار.

يؤثر تركيز الجسيمات المنتشرة وكثافة السائل أو الغاز الذي يحدث من خلاله الانتشار بشكل ملحوظ على معدل الانتشار. تحدد كثافة غاز الانتشار نفسه معدل الانتشار. الغاز الأخف وزنا ، سيكون معدل انتشاره أكبر. وفقًا لقانون انتشار الغازات ، يتناسب معدل الانتشار عكسًا مع الجذر التربيعي لكثافة الغاز.

وفقًا للكثافة ، يتم انتشار المواد بالطريقة التالية:

أهمية الانتشار في النباتات:

1. تبادل الغازات من خلال الثغور (على سبيل المثال ، CO2 المدخول و O2 الإخراج أثناء التمثيل الضوئي ، و CO2 الإخراج و O2 المدخول أثناء التنفس يحدث من قبل مبدأ الانتشار المستقل.

2. النتح ينطوي على عملية الانتشار.

3. يتم امتصاص الأيونات عن طريق الانتشار البسيط أثناء pas

4. الانتشار وسيلة فعالة لنقل المواد تساعد في نقل المواد الغذائية.

5. رائحة بالقرب من الزهور ليست سوى انتشار المركبات العطرية المتطايرة. وبالتالي ، يساعد الانتشار على جذب الحشرات والحيوانات الأخرى للتلقيح.

6. يحافظ الانتشار على رطوبة جدران الخلايا للأنسجة النباتية الداخلية.

7. إنها وسيلة لنشر الأيونات والمواد الأخرى في جميع أنحاء البروتوبلاست.

أهمية الانتشار:

1. تشارك عملية الانتشار في نتح أبخرة الماء.

2. يتم تبادل الغازات أثناء عملية التنفس والتمثيل الضوئي بمساعدة الانتشار.

3. أثناء امتصاص الملح السلبي ، يتم امتصاص الأيونات من خلال عملية الانتشار.

4. كما أنه يساعد في نقل المواد الغذائية.

5. يحدث تبادل الغازات في النباتات المائية المغمورة عن طريق سطح الجسم العام (البشرة) من خلال الانتشار.

6. رائحة الأزهار ناتجة عن انتشار المركبات العطرية المتطايرة لجذب الحشرات.

النفاذية والأغشية:

النفاذية هي درجة انتشار الغازات والسوائل والمواد المذابة عبر الغشاء. تسمى أيضًا قدرة المادة على المرور عبر الغشاء باسم النفاذية. قد يكون الغشاء نافذًا بحرية لمادة واحدة ، ونفاذًا معتدلًا للمادة الثانية وقد يكون غير منفذ تمامًا للمادة الثالثة.

على هذا الأساس ، تم التعرف على أنواع الأغشية التالية:

1. غشاء نافذ بحرية:

يسمح هذا النوع من الأغشية بالحركة الحرة (المرور) لمواد مختلفة ، مثل الماء ، والمذيبات الأخرى ، والأيونات المختلفة والمذابات المذابة ، وجدار الخلية e x & # 8211.

2. غشاء كتم:

هذا النوع من الأغشية لا يسمح بأي نوع من الحركة من خلاله ، على سبيل المثال ، & # 8211 جدار الخلية المستنبت.

3. غشاء شبه منفذ:

يسمح هذا النوع من الأغشية بمرور جزيئات المذيبات فقط من خلاله. لا يسمح بحركة الجزيئات الذائبة ، على سبيل المثال ، غشاء البيض ، المثانة الحيوانية ، غشاء الرق. يمكن تحضيرها بشكل مصطنع أيضًا.

4. غشاء منفذ بشكل انتقائي أو غشاء منفذي تفاضليًا:

تسمح هذه الأغشية فقط لبعض الجزيئات المختارة (من المذاب والمذيب) بالمرور خلالها. معظم الأغشية البيولوجية ، مثل غشاء الخلية ، و Tonoplast (غشاء فجوي) والغشاء المحيط بالعضيات تحت الخلوية قابلة للنفاذ بشكل انتقائي.هذه الأغشية تعطي معاملة تفاضلية لأنواع مختلفة من الجزيئات. بعض الجزيئات تتحرك بسرعة كبيرة ، وبعضها يتحرك ببطء شديد ، والبقية لا تتحرك على الإطلاق. السيلوفان هو الغشاء غير الحي القابل للنفاذ بشكل انتقائي.


مادة الاحياء

أنجح البرامج النصية والوسائط في علم الأحياء في العالم أفضل من أي وقت مضى!

يضع الإصدار الحادي عشر من كتاب كامبل البيولوجي الأكثر مبيعًا الطلاب على طريق النجاح في علم الأحياء من خلال تعليمه السردي الواضح والجذاب ، وتعليم المهارات الفائقة ، والاستخدام المبتكر للفن والصور ، وموارد الوسائط المتكاملة تمامًا لتعزيز التدريس والتعلم.

لإشراك المتعلمين في تطوير فهم أعمق لعلم الأحياء ، فإن الإصدار الحادي عشر يتحدىهم لتطبيق معارفهم ومهاراتهم في مجموعة متنوعة من الأنشطة والتمارين العملية الجديدة في النص وعبر الإنترنت. تعكس تحديثات المحتوى في جميع أنحاء النص بحثًا سريع التطور ، وتشمل أدوات التعلم الجديدة تمارين حل المشكلات ، وتصور الأشكال ، وأسئلة المهارات المرئية ، والمزيد.

لا يتم تضمين Mastering Biology ™. الطلاب ، إذا كان إتقان علم الأحياء مكونًا موصى به / إلزاميًا من الدورة التدريبية ، فيرجى سؤال مدرسك عن رقم ISBN الصحيح. يجب شراء إتقان علم الأحياء فقط عند طلب المدرب. المعلمين ، اتصل بممثل Pearson للحصول على مزيد من المعلومات.

Mastering Biology هو واجب منزلي وبرنامج تعليمي وبرنامج تقييم على الإنترنت مصمم للعمل مع هذا النص لإشراك الطلاب وتحسين النتائج. توفر البرامج التعليمية التفاعلية والذاتية تدريبًا فرديًا لمساعدة الطلاب على البقاء على المسار الصحيح. من خلال مجموعة واسعة من الأنشطة المتاحة ، يمكن للطلاب تعلم أكثر المفاهيم صعوبة وفهمها والاحتفاظ بها.

لدورات في علم الأحياء العام.

سمات

المفاهيم الأساسية: تم تنظيم كل فصل في الإصدار الحادي عشر حول إطار عمل يمكن إدارته من ثلاثة إلى ستة مفاهيم أساسية توفر السياق لدعم التفاصيل ، مما يساعد الطلاب على تمييز الغابة عن الأشجار.

  • المفاهيم الأساسية في بداية الفصل توجه الطلاب إلى الأفكار الرئيسية للفصل.
    تحديثات المحتوى: تحديثات المحتوى المحددة بعناية في جميع أنحاء النص · تحافظ "رؤوس المفاهيم المرقمة" على تركيز الطلاب على الأفكار الرئيسية أثناء تنقلهم خلال الفصل وتسهل على المدرسين تعيين الأقسام المحددة.
  • توفر أسئلة التحقق من المفهوم في نهاية كل قسم إطارًا هرميًا للتقييم الذاتي.
  • يعيد ملخص المفاهيم الأساسية ، الذي يتضمن مخططات وأسئلة موجزة ، تركيز الطلاب على النقاط الرئيسية.

تحديثات المحتوى: تعكس تحديثات المحتوى المختارة بعناية في النص بحثًا سريع التطور في مجالات:


39.2 تبادل الغازات عبر الأسطح التنفسية

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • تسمية ووصف أحجام الرئة وقدراتها
  • افهم كيف يؤثر ضغط الغاز على كيفية انتقال الغازات إلى الجسم وخارجه

تعمل بنية الرئة على زيادة مساحة سطحها لزيادة انتشار الغازات. نظرًا للعدد الهائل من الحويصلات الهوائية (حوالي 300 مليون في كل رئة بشرية) ، فإن مساحة سطح الرئة كبيرة جدًا (75 م 2). إن وجود مثل هذه المساحة السطحية الكبيرة يزيد من كمية الغاز التي يمكن أن تنتشر داخل وخارج الرئتين.

المبادئ الأساسية لتبادل الغاز

يحدث تبادل الغازات أثناء التنفس بشكل أساسي من خلال الانتشار. الانتشار هو عملية يتم فيها النقل بواسطة تدرج تركيز. تنتقل جزيئات الغاز من منطقة عالية التركيز إلى منطقة تركيز منخفض. الدم المنخفض في تركيز الأكسجين والمرتفع في تركيز ثاني أكسيد الكربون يخضع لتبادل الغازات مع الهواء في الرئتين. يحتوي الهواء في الرئتين على تركيز أكسجين أعلى منه في الدم المستنفد للأكسجين وتركيز أقل من ثاني أكسيد الكربون. يسمح تدرج التركيز هذا بتبادل الغازات أثناء التنفس.

الضغط الجزئي هو مقياس لتركيز المكونات الفردية في خليط الغازات. الضغط الكلي الذي يمارسه الخليط هو مجموع الضغوط الجزئية للمكونات في الخليط. يتناسب معدل انتشار الغاز مع ضغطه الجزئي داخل خليط الغاز الكلي. تتم مناقشة هذا المفهوم بمزيد من التفصيل أدناه.

أحجام وقدرات الرئة

تختلف قدرات الرئة باختلاف الحيوانات بناءً على أنشطتها. طورت الفهود قدرة رئوية أعلى بكثير من قدرة البشر على توفير الأكسجين لجميع عضلات الجسم وتسمح لها بالجري بسرعة كبيرة. تتمتع الفيلة أيضًا بسعة رئة عالية. في هذه الحالة ، لا يرجع السبب في ذلك إلى أنهم يجرون بسرعة ولكن لأن لديهم جسمًا كبيرًا ويجب أن يكونوا قادرين على امتصاص الأكسجين وفقًا لحجم أجسامهم.

يتم تحديد حجم رئة الإنسان من خلال العوامل الوراثية والجنس والطول. في السعة القصوى ، يمكن أن تستوعب الرئة المتوسطة ما يقرب من ستة لترات من الهواء ، لكن الرئتين لا تعملان عادة بأقصى سعة. يتم قياس الهواء في الرئتين من حيث أحجام الرئة وقدرات الرئة (الشكل 39.12 والجدول 39.1). يقيس الحجم كمية الهواء لوظيفة واحدة (مثل الاستنشاق أو الزفير). السعة هي أي حجمين أو أكثر (على سبيل المثال ، المقدار الذي يمكن استنشاقه من نهاية الزفير الأقصى).

يمكن تقسيم الحجم في الرئة إلى أربع وحدات: حجم المد والجزر ، وحجم احتياطي الزفير ، وحجم احتياطي الشهيق ، والحجم المتبقي. حجم المد والجزر (TV) يقيس كمية الهواء المستوحاة وتنتهي صلاحيتها أثناء التنفس الطبيعي. في المتوسط ​​، يبلغ هذا الحجم حوالي نصف لتر ، وهو أقل بقليل من سعة زجاجة الشراب سعة 20 أونصة. حجم احتياطي الزفير (ERV) هو كمية الهواء الإضافية التي يمكن زفيرها بعد الزفير الطبيعي. إنها الكمية الاحتياطية التي يمكن زفرها بما يتجاوز ما هو طبيعي. على العكس من ذلك ، فإن حجم احتياطي الشهيق (IRV) هو كمية الهواء الإضافية التي يمكن استنشاقها بعد الاستنشاق الطبيعي. الحجم المتبقي (RV) هو كمية الهواء المتبقية بعد زفير حجم احتياطي الزفير. لا تكون الرئتان فارغتين تمامًا أبدًا: هناك دائمًا بعض الهواء المتبقي في الرئتين بعد الزفير الأقصى. إذا لم يكن هذا الحجم المتبقي موجودًا وتم تفريغ الرئتين تمامًا ، فإن أنسجة الرئة ستلتصق ببعضها البعض وقد تكون الطاقة اللازمة لإعادة نفخ الرئة أكبر من أن يتم التغلب عليها. لذلك ، هناك دائمًا بعض الهواء المتبقي في الرئتين. الحجم المتبقي مهم أيضًا لمنع التقلبات الكبيرة في غازات الجهاز التنفسي (O2 وشارك2). الحجم المتبقي هو حجم الرئة الوحيد الذي لا يمكن قياسه مباشرة لأنه من المستحيل إفراغ الرئة تمامًا من الهواء. لا يمكن حساب هذا الحجم إلا بدلاً من قياسه.

القدرات هي قياسات لمجلدين أو أكثر. السعة الحيوية (VC) تقيس الحد الأقصى لكمية الهواء التي يمكن استنشاقها أو زفيرها خلال الدورة التنفسية. هو مجموع حجم احتياطي الزفير وحجم المد والجزر وحجم احتياطي الشهيق. سعة الشهيق (IC) هي كمية الهواء التي يمكن استنشاقها بعد انتهاء الزفير الطبيعي. وبالتالي ، فهو مجموع حجم المد والجزر وحجم احتياطي الشهيق. تتضمن السعة الوظيفية المتبقية (FRC) حجم احتياطي الزفير والحجم المتبقي. يقيس FRC كمية الهواء الإضافي الذي يمكن زفيره بعد الزفير العادي. أخيرًا ، السعة الكلية للرئة (TLC) هي قياس الكمية الإجمالية للهواء التي يمكن أن تحتفظ بها الرئة. هو مجموع الحجم المتبقي ، وحجم احتياطي الزفير ، وحجم المد والجزر ، وحجم احتياطي الشهيق.

تقاس أحجام الرئة بتقنية تسمى قياس التنفس. القياس المهم الذي يتم إجراؤه أثناء قياس التنفس هو حجم الزفير القسري (FEV) ، والذي يقيس مقدار الهواء الذي يمكن إجباره على الخروج من الرئة خلال فترة محددة ، عادةً ثانية واحدة (FEV1). بالإضافة إلى ذلك ، يتم قياس السعة الحيوية القسرية (FVC) ، وهي الكمية الإجمالية للهواء الذي يمكن زفيره بالقوة. يتم استخدام نسبة هذه القيم (نسبة FEV1 / FVC) لتشخيص أمراض الرئة بما في ذلك الربو وانتفاخ الرئة والتليف. إذا كانت نسبة FEV1 / FVC عالية ، فإن الرئتين غير متوافقين (مما يعني أنهما متصلبتان وغير قادرتين على الانحناء بشكل صحيح) ، ومن المرجح أن يكون المريض مصابًا بالتليف الرئوي. يزفر المرضى معظم حجم الرئة بسرعة كبيرة. على العكس من ذلك ، عندما تكون نسبة FEV1 / FVC منخفضة ، هناك مقاومة في الرئة هي سمة من سمات الربو. في هذه الحالة ، يصعب على المريض إخراج الهواء من رئتيه ، ويستغرق الأمر وقتًا طويلاً للوصول إلى أقصى حجم للزفير. في كلتا الحالتين ، يكون التنفس صعبًا وتظهر المضاعفات.

الاتصال الوظيفي

معالج الجهاز التنفسي

يقوم أخصائيو العلاج التنفسي أو ممارسو الجهاز التنفسي بتقييم وعلاج المرضى المصابين بأمراض الرئة والقلب والأوعية الدموية. إنهم يعملون كجزء من فريق طبي لتطوير خطط العلاج للمرضى. قد يعالج المعالجون التنفسيون الأطفال المبتسرين الذين يعانون من نقص في الرئة ، أو المرضى الذين يعانون من أمراض مزمنة مثل الربو ، أو المرضى الأكبر سنًا الذين يعانون من أمراض الرئة مثل انتفاخ الرئة ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD). قد يقومون بتشغيل معدات متطورة مثل أنظمة توصيل الغاز المضغوط وأجهزة التهوية وأجهزة تحليل غازات الدم وأجهزة الإنعاش. تؤدي البرامج المتخصصة لتصبح معالجًا للجهاز التنفسي بشكل عام إلى الحصول على درجة البكالوريوس مع تخصص معالج الجهاز التنفسي. بسبب شيخوخة السكان المتزايدة ، من المتوقع أن تظل فرص العمل كمعالج تنفسي قوية.

ضغط الغاز والتنفس

يمكن فهم العملية التنفسية بشكل أفضل من خلال فحص خصائص الغازات. تتحرك الغازات بحرية ، لكن جزيئات الغاز تصطدم باستمرار بجدران الوعاء ، مما ينتج عنه ضغط الغاز.

الهواء عبارة عن خليط من الغازات ، وعلى رأسها النيتروجين (N2 78.6 في المائة) ، الأكسجين (O2 20.9٪) ، بخار الماء (H2O 0.5٪) وثاني أكسيد الكربون (CO2 0.04 في المائة). كل مكون غاز في هذا الخليط يمارس ضغطًا. ضغط الغاز الفردي في الخليط هو الضغط الجزئي لذلك الغاز. ما يقرب من 21 في المئة من غازات الغلاف الجوي هي الأكسجين. ومع ذلك ، يوجد ثاني أكسيد الكربون بكميات صغيرة نسبيًا ، 0.04 في المائة. الضغط الجزئي للأكسجين أكبر بكثير من ضغط ثاني أكسيد الكربون. يمكن حساب الضغط الجزئي لأي غاز من خلال:

صماكينة الصراف الآلي، الضغط الجوي ، هو مجموع كل الضغوط الجزئية لغازات الغلاف الجوي المضافة معًا ،

× (نسبة المحتوى في الخليط).

يبلغ ضغط الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر 760 ملم زئبق. لذلك فإن الضغط الجزئي للأكسجين هو:

على ارتفاعات عالية ، صماكينة الصراف الآلي النقصان لكن التركيز لا يغير انخفاض الضغط الجزئي بسبب الانخفاض في Pماكينة الصراف الآلي.

عندما يصل خليط الهواء إلى الرئة ، يتم ترطيبها.لا يغير ضغط بخار الماء في الرئة من ضغط الهواء ولكن يجب إدراجه في معادلة الضغط الجزئي. لهذا الحساب ، يتم طرح ضغط الماء (47 ملم زئبق) من الضغط الجوي:

والضغط الجزئي للأكسجين هو:

تحدد هذه الضغوط تبادل الغازات ، أو تدفق الغاز ، في النظام. سيتدفق الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وفقًا لتدرج ضغطهما من الأعلى إلى المنخفض. لذلك ، فإن فهم الضغط الجزئي لكل غاز سيساعد في فهم كيفية تحرك الغازات في الجهاز التنفسي.

تبادل الغاز عبر الحويصلات الهوائية

في الجسم ، يتم استخدام الأكسجين بواسطة خلايا أنسجة الجسم ويتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمخلفات. نسبة إنتاج ثاني أكسيد الكربون إلى استهلاك الأكسجين هي حاصل الجهاز التنفسي (RQ). يتراوح معدل RQ بين 0.7 و 1.0. إذا تم استخدام الجلوكوز فقط لتزويد الجسم بالطاقة ، فإن RQ ستساوي واحدًا. سيتم إنتاج مول واحد من ثاني أكسيد الكربون لكل مول من الأكسجين المستهلك. ومع ذلك ، فإن الجلوكوز ليس الوقود الوحيد للجسم. كما تستخدم البروتينات والدهون كوقود للجسم. وبسبب هذا ، يتم إنتاج كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالأكسجين المستهلك ، ويبلغ معدل RQ ، في المتوسط ​​، حوالي 0.7 للدهون وحوالي 0.8 للبروتين.

لاحظ أن هذا الضغط أقل من الهواء الخارجي. لذلك ، سيتدفق الأكسجين من الهواء الملهم في الرئة (P O 2 P O 2 = 150 مم زئبق) إلى مجرى الدم (P O 2 P O 2 = 100 مم زئبق) (الشكل 39.13).

اتصال مرئي

أي من العبارات التالية غير صحيح؟

باختصار ، يؤدي التغيير في الضغط الجزئي من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية إلى دفع الأكسجين إلى الأنسجة وثاني أكسيد الكربون في الدم من الأنسجة. ثم يتم نقل الدم إلى الرئتين حيث تؤدي الاختلافات في الضغط في الحويصلات الهوائية إلى انتقال ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الرئتين والأكسجين إلى الدم.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو لتتعلم كيفية إجراء قياس التنفس.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology 2e
    • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/39-2-gas-exchange-across-respiratory-surfaces

    © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    تبادل الغازات واستجابات النمو للجذر الدماغي Picea mariana ، Picea glauca ، و Pinus bankiana الشتلات إلى NaCl و Na2وبالتالي4

    الملخص: شجرة التنوب السوداء (Picea mariana) ، شجرة التنوب البيضاء (Picea glauca) ، وجاك الصنوبر (Pinus bankiana) تم تلقيح الشتلات مع هيبيلوما crustuliniforme أو Laccaria bicolor وتخضع لـ NaCl و Na2وبالتالي4 العلاجات. تباينت تأثيرات الجفريات الخارجية على امتصاص الملح والنمو وتبادل الغازات ونخر الإبر اعتمادًا على الأشجار والأنواع الفطرية. في شتلات جاك الصنوبر ، قللت الفطريات الجذرية الخارجية (ECM) الأوزان الجافة للبراعم والجذور ، وفي شجرة التنوب البيضاء ECM ، كانت هناك زيادة طفيفة في الوزن الجاف. قللت معالجة كلوريد الصوديوم من البناء الضوئي الصافي ومعدلات النتح في أنواع الأشجار الثلاثة المدروسة. ومع ذلك ، استعمرت شجرة التنوب السوداء المعالجة بكلوريد الصوديوم وجاك الصنوبر H. crustuliniforme الحفاظ على معدلات التمثيل الضوئي والنتح العالية نسبيًا وتم تقليل نخر الإبرة لشتلات التنوب السوداء المعالجة بكلوريد الصوديوم بواسطة فطريات ECM. تم العثور على تركيزات أعلى من Na + في النبتات مقارنة بجذور الأنواع الصنوبرية الثلاثة التي تم فحصها. خفضت فطريات ECM تركيزات Na + بشكل رئيسي في البراعم وكان هذا الانخفاض أكبر في النباتات المعالجة بكلوريد الصوديوم مقارنة مع Na2وبالتالي4. تحتوي البراعم بشكل عام على تركيزات أعلى من الكلور - مقارنة بالجذور. في شجرة التنوب السوداء والصنوبر البيضاء المعالجة بكلوريد الصوديوم ، قلل كلا النوعين ECM بشكل ملحوظ من تركيزات الكلور. تشير نتائجنا إلى سمية نباتية أكبر بشكل عام لـ NaCl مقارنة بـ Na2وبالتالي4 ودعم النتائج التي توصلنا إليها سابقًا والتي أظهرت آثارًا مفيدة لفطريات ECM للنباتات الخشبية المعرضة لضغط كلوريد الصوديوم.


    شاهد الفيديو: علم أحياء:تبادل الغازات التنفسية (كانون الثاني 2022).