Transcript Предавање 11

FIZIOLOGIJA RESPIRATORNOG SISTEMA (2)
TRANSPORT GASOVA
REGULACIJA DISANJA
Prof. dr Vladimir Jakovljević
Predsednik Društva fiziologa Republike Srbije,
Council Member International Atherosclerosis Society
Sreda, 11. 12. 2013. god
ТRANSPORT KISEONIKA I
UGLJEN-DIOKSIDA U KRVI I
TELESNIM TEČNOSTIMA
Preuzimanje kiseonika iz alveola u
cirkulaciju se odvija u plućnim
kapilarima.
• na arterijskom kraju kapilara PO2 ≈
40 mmHg
• na venskom kraju kapilara PO2 ≈
104 mmHg
• kompletno preuzimanje kiseonika iz
alveola u kapilare se završava već u
prvoj trećini dužine kapilara (faktor
sigurnosti)
Za vreme mišićnog rada:
• krv stiže u pluća sa manjim
sadržajem kiseonika
• krv brže protiče kroz plućne kapilare
Kompletnu oksigenaciju krvi u toku
mišićnog rada omogućava:
• povećanje difuzionog kapaciteta (3x)
• produženo preuzimanje kiseonika
čitavom dužinom kapilara
Dinamika PO2 u cirkulatornom
sistemu:
• u venskoj krvi PO2 ≈ 40 mmHg
• u plućnim kapilarima PO2 se
povećava na ≈ 104 mmHg
• u levoj pretkomori krv iz pluća se
meša sa krvlju iz bronhijalnih
vena (fiziološki šant) i PO2 se
smanjuje na ≈ 95 mmHg (venska
primesa)
• u arterijskoj krvi PO2 ≈ 95 mmHg
• u siсtemskim kapilarima PO2 se
smanjuje na ≈ 40 mmHg
• venska krv (PO2 ≈ 40 mmHg)
ponоvo stiže u pluća
Uticaj veličine protoka krvi na PO2 u
intersticijumu:
• povećanje protoka krvi povećava
PO2 u intersticijumu
• smanjenje protoka krvi smanjuje
PO2 u intersticijumu
Uticaj intenziteta metabolizma na
PO2 u intersticijumu:
• povećanje intenziteta
metabolizma smanjuje PO2 u
intersticijumu
• smanjenje intenziteta
metabolizma povećava PO2 u
intersticijumu
TRANSPORT KISEONIKA KRVLJU:
• 97% vezan za hemoglobin
(oksihemoglobin)
• 3% rastvoren u vodi (plazmi)
Vezivanje kiseonika za hemoglobin je
labavo i reverzibilno:
• pri visokim PO2 Hgb vezuje O2
• pri niskim PO2 Hgb otpušta O2
Kriva disocijacije oksihemoglobina:
• pri PO2 od 95 mmHg (arterijska krv)
saturacija Hgb kiseonikom je 97%
• pri PO2 od 40 mmHg (venska krv)
saturacija Hgb kiseonikom je 75%
(blagi nagib krive)
• smanjenje PO2 ispod 40 mmHg
naglo smanjuje saturaciju Hgb
kiseonikom (strmi nagib krive)
• Pomeranje krive u levo i udesno:
Vidi faktore koji na ovo pomeranje
utiču (slika)
U bazalnim uslovima tkivne
potrebe za kiseonikom
iznose oko 50 ml/l krvi.
U uslovima fizičkog opterećenja
1 L krvi može u tkivima
otpustiti i 150 ml kiseonika
(u venskoj krvi ostaje 50 ml
kiseonika, koeficijent
utilizacije je oko 75%) čemu
odgovara strmi deo krive
disocijacije oksihemiglobina.
TRANSPORT UGLJEN-DIOKSIDA
KRVLJU:
• 70% u obliku bikarbonata (uloga
karboanhidraze, pomak hlorida)
• 23% u obliku
karbaminohemoglobina
• 7% rastvoren u vodi (veća
rastvorljivost od kiseonika)
REGULACIJA DISANJA
Respiratorni centar (centar za
disanje) – nekoliko grupa neurona
smeštenih bilateralno u produženoj
moždini i ponsu:
• dorzalna grupa respiratornih
neurona
• ventralna grupa respiratornih
neurona
• pneumotaksički centar
• apneustički centar
Dorzalna grupa respiratornih neurona
(produžena moždina u n. tractus solitarii, gde
se završavaju senzorna vlakna n. vagusa i n.
glosofaringeusa iz hemoreceptora i
baroreceptora)
• stvaraju osnovni ritam disanja (repetitivno
odašiljanje impulsa)
• “ramp“ (stepenasti) inspiratorni signal –
vrlo slab na početku, pojačava se
postepeno tokom 2 sekunde,
a onda prestaje na 3 sekunde
(sprečavaju se nagle promene volumena
vazduha u inspirijumu)
• kontrola inspiratornog signala – kontrola
brzine pojačanja i kontrola trajanja signala
Ventralna grupa respiratornih neurona (ispred i
spolja dorzalne grupe neurona u n. ambiguus i
n. retroambiguus)
•
•
•
potpuno neaktivna za vreme mirnog disanja
(inspirijum kontroliše dorzalna grupa,
ekspirijum je pasivan – elastičnost pluća)
učestvuju u forsiranoj ventilaciji (pojačavaju
inspirijum zajedno sa dorzalnom grupom
neurona koja ih stimuliše)
neki neuroni uzrokuju inspiraciju, dok drugi
izazivaju snažni ekscitatorni signal za
abdominalnu ekspiratornu muskulaturu
Pneumotaksički centar (gornji deo ponsa u
n. parabrachialis)
• isključivanje inspiratornog stepenastog
signala iz dorzalne grupe neurona
• skraćenje dužine respiratornog ciklusa
• povećanje frekvence disanja
Apneustički centar ??? (donji deo ponsa)
• signali apneustičkog centra sprečavaju
isključivanje stepenastog signala iz
dorzalne grupe neurona
• inspiracija se produžava – pluća se
prepunjavaju vazduhom
• kontrola dubine disanja ?
HEMIJSKA KONTROLA DISANJA
•
•
direktna hemijska kontrola aktivnosti
respiratornog centa (uloga CO2 i H jona)
periferni hemoreceptorski sistem za
kontrolu disanja (uloga kiseonika)
Direktna hemijska kontrola aktivnosti
respiratornog centa
• hemosenzitivno područje respiratornog
centra (bilateralno u produženoj moždini,
1 mm od ventralne površine)
• H joni su najjači (primarni) stimulus
hemosenzitivnog područja (ali H joni iz krvi
teško prolaze hematoencefalnu barijeru)
•
•
CO2 je glavni stimulus hemosenzitivnog
područja - iako ima slabiji efekat, lako prolazi
hematoencefalnu barijeru, reaguje sa vodom
i stvara ugljenu kiselinu koja disosuje na
bikarbonatni i H jon (aktivira hemosenzitivno
područje)
aktivacija hemosenzitivnog područja pomoću
CO2 iz cerebrospinalne tečnosti je brža
(manji sadržaj proteinskog pufera u likvoru)
Periferni hemoreceptorski sistem za
kontrolu disanja
• periferni hemoreceptori su smešteni u
karotidnim i aortnim telašcima (manji
broj se nalazi u arterijama grudne i
trbušne duplje)
• smanjenje PO2 u arterijskoj krvi ispod
fizioloških vrednosti (oko 95 mmHg)
stimuliše hemoreceptore koji
• povećavaju frekvencu odašiljanja
impulsa
Regulacija disanja za vreme fizičke
aktivnosti
• intenzivna fizička aktivnosti može
povećati potrošnju kiseonika i
produkciju ugljendioksida za 20x
• alveolarna ventilacija se povećava
proporcionalno potrebama
organizma u cilju održavanja
stalnih koncetracija gasova u krvi
Razlozi povećanja alveolarne
ventilacije za vreme fizičke
aktivnosti (nervna regulacija):
• mozak šaljući impulse koji
kontrolišu motornu aktivnost
istovremeno šalje stimulatorne
signale u respiracijski centar
• aktivni ekstremiteti (iz
proprioreceptora u zglobovima)
šalju stimulatorne signale u
respiracijski centar
U toku regulacije disanja za vreme fizičke
aktivnosti nervni i humoralni faktori koji utiču
na veličinu alveolarne ventilacije imaju
složene interakcije (naizmenično
preuzimanje glavne kontrolne uloge).
Posledice su velike oscilacije veličine
alveolarne ventilacije i parcijalnih pritisaka
kiseonika i ugljendioksida u krvi (gornja
slika).
Kvantitavni odnos nervnih i humoralnih
faktora koji utiču na veličinu alveolarne
ventilacije se uočava u pomeranju krive
alveolarne ventilacije (posledica nervne
regulacije) za vreme fizičke aktivnosti
(donja slika).
VEŽBA: Energetski aspekti metabolizma
hranljivih materija
Putem hrane unosimo u organizam brojne materije koje u svojoj osnovi
predstavljaju energetske izvore:
1. UGLJENI HIDRATI
2. MASTI
3. BELANČEVINE
Potpunim metabolisanjem hranljivih materija u organizmu nastaju CO2
i H2O (i azot), kao i značajna količina energije.
METABOLIZAM
Promet materije i energije
1. Anabolizam – utrošak energije
2. Katabolizam – oslobađanje energije
Od ukupne količine oslobođene hemijske energije:
- 30-50% odmah prelazi u toplotu
- 50-70% se pretvara u elemente fosfagenog sistema
- (sinteza energetski bogatih jedinjenja: ATP,
kreatin-fosfat), ili se deponuje u vidu energetskih
rezervi (glikogen, trigliceridi...)
Zbog konačnog prelaska metaboličke (hemijske)
energije u toplotu, intenzitet metabolizma, odnosno
energetski promet u organizmu procenjuje se na
osnovu količine oslobođene toplote i izražava se u
toplotnim jedinicama.
JEDINICE KOJE SE KORISTE U MERENJU
ENERGETSKOG METABOLIZMA
• Međunarodni merni sistem (SI) – Džul (J)
koji odgovara energiji utrošenoj za pomeranje jednog kilograma za jedan
metar silom od 1 N.
• U praksi se češće koristi kalorija - cal
jedinica koja predstavlja količinu toplotne energije potrebnu da se 1 g vode
zagreje za 1°C
1 kcal = 1000 cal
1 kcal = 4.184 kJ
KALORIJSKI KOEFICIJENT
HRANLJIVIH MATERIJA:



1 gram ugljenih hidrata –
1 gram lipida –
1 gram proteina –
4.1 kcal (17.1kJ)
9.3 kcal (38.9kJ)
4.1 kcal (17.1 kJ)
5.3 kcal (22.2kJ)
se u ljudskom organizmu ne razlažu do
konačnih produkata (već samo do ureje!)
 proteini
TOPLOTNI EKVIVALENT KISEONIKA
(TEO2)
Količina toplote oslobođena potpunom oksidacijom neke
materije pri utrošku 1 litra kiseonika
Ugljeni hidrati:
Masti:
Belančevine:
Za mešovitu,
izbalansirnu ishranu:
5 kcal (21 kJ)
4.7 kcal (19.7 kJ)
4.6 kcal (19.3 kJ)
4.825 kcal (20.2 kJ)
RESPIRACIJSKI KOLIČNIK (RQ)
vol.
CO
2
RQ =
vol. O2
VREDNOSTI RQ

Угљени хидрати –
1

Mасти –
0.71

Беланчевине –
0.83

Meшовита, избалансирана исхрана –
0.82
ODREĐIVANJE UKUPNIH ENERGETSKIH
POTREBA (ENERGETSKI PROMET)
• Osnovne metaboličke potrebe
(Basal Metabolic Rate – BMR) i/ili
Energetske potrebe u mirovanju
(Resting Metabolic Rate – RMR)
• Pridodat energetski promet:
- Energetski – termički efekat hrane ili specifično dejstvo hrane
(SDH)
(Thermic Effect of Food – TEF)
- Obavljanje fizičke aktivnosti
BAZALNI METABOLIZAM
Bazalni metebolizam (def.) – minimalna količina energije
potrebna za održavanje osnovnih funkcija organizma.
Merenje intenziteta bazalnog metabolizma (BMR) vrši se u
sledećim uslovima:
• Temperatura vazduha u prostoriji mora biti prijatna
(17-22°C)
• Ispitanik ne sme da jede najmanje 12 časova
• Ispitivanje se vrši posle dobro prospavane noći
• Ispitanik ne sme da obavlja teži fizički rad najmanje 1
sat pre merenja
• Svi fizički i psihički faktori koji mogu da uzrokuju
uzbuđenje ispitanika se moraju odstraniti iz okruženja
Merenje intenziteta BMR
BMR (kJ ili kcal/m²/h) = TEO2 (kJ ili kcal /L) x vol O2 (L/h)
TP (m²)
TEO2 za mešovitu izbalansiranu ishranu – 20.2kJ ili 4.825 kcal
vol O2 – potrošnja kiseonika za 1 čas
TP – telesna površina (izračunava se po formuli ili očitava iz nomograma)
Minimalna količina energije potrebna za održavanje osnovnih funkcija
organizma za jedan dan se izračunava:
BMR (kJ ili kcal/m²/h) x 24
NOMOGRAM
FIZIOLOŠKE VREDNOSTI
BAZALNOG METABOLIZMA
Za žene:
• 150 – 160 (kJ/m²/h)
• 36 – 38 (kcal/m²/h)
Za muškarce:
• 160 – 170 (kJ/m²/h)
• 38 – 42 (kcal/m²/h)
FIZIOLOŠKI FAKTORI KOJI UTIČU NA VREDNOST
BAZALNOG METABOLIZMA:
 Životna dob (sa starenjem se smanjuje intenzitet
bazalnog metabolizma)
 Hormonski status
 Stimulacija simpatikusa (stimulacija simpatikusa dovodi
do povećanog razlaganja glikogena i masti i tako povećava
produkciju energije)
 Spavanje (smanjuje se intenzitet bazalnog metabolizma
za 10-15%)
 Klima (u ekstremnim klimatskim uslovima se intenzitet
bazalnog metabolizma povećava zbog dodatne energije
potrebne za termoregulaciju)
 Pothranjenost (intenzitet bazalnog metabolizma se
povećava zbog kompenzovanja energetskog deficita)
RAZLIKE U VREDNOSTIMA BAZALNOG METABOLIZMA U
ODNOSU NA POL:
RAZLIKE U ENERGETSKIM POTREBAMA KOD FIZIČKI
NEAKTIVNIH I FIZIČKI AKTIVNIH OSOBA:
HVALA NA PAŽNJI !