Prof. dr Vladimir Jakovljevi ć Predsednik Društva fiziologa Republike Srbije ,

Prof. dr Vladimir JakovljeviProf. dr Vladimir Jakovljevićć

Predsednik Društva fiziologa Republike Srbije,Council Member International Atherosclerosis Society

Sreda, 11. 12. 2013. god

FIZIOLOGIJA RESPIRATORNOG SISTEMA (2)TRANSPORT GASOVAREGULACIJA DISANJA

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 – 4.1 kcal (17.1kJ) 1 gram lipida – 9.3 kcal (38.9kJ) 1 gram proteina – 4.1 kcal (17.1 kJ)

5.3 kcal (22.2kJ)

proteini se u ljudskom organizmu ne razlažu do konačnih produkata (već samo do ureje!)

TOPLOTNI EKVIVALENT KISEONIKA(TEO2)

Količina toplote oslobođena potpunom oksidacijom neke materije pri utrošku 1 litra kiseonika

Ugljeni hidrati: 5 kcal (21 kJ)Masti: 4.7 kcal (19.7 kJ)Belančevine: 4.6 kcal (19.3 kJ)Za mešovitu,

izbalansirnu ishranu: 4.825 kcal (20.2 kJ)

RESPIRACIJSKI KOLIČNIK (RQ) RQ = vol. CO2

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 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

BAZALNI METABOLIZAM

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 HVALA NA PAŽNJI !!