כמות הנשימה

כמות הנשימה היא פרמטר שימושי מאוד להערכת התערובת המטבולית המשמשת בזמן מנוחה או במהלך פעילות גופנית. בשל ההבדלים הכימיים המאפיינים אותם, מטבוליזציה מלאה של שומנים, חלבונים ופחמימות דורשת כמויות שונות של חמצן. כתוצאה מכך, סוג מצע האנרגיה המחומצנת ישפיע גם על כמות הפחמן הדו חמצני המיוצר.

QR = CO2 המיוצר / O2 נצרך

בהתחשב בכך שלכל אחד ממקרי התזונה יש QR ספציפי, על ידי הערכת פרמטר זה ניתן לעקוב אחר תערובת החומרים המזינים שעברו חילוף החומרים במנוחה או במהלך פעילות עבודה מסוימת.

כמות הנשימה של פחמימות

הנוסחה המולקולרית הגנרית של פחמימה היא Cn (H2O) n. מכאן נובע כי בתוך מולקולת פחמימות היחס בין מספר אטומי המימן לאלה של החמצן קבוע ושווה ל -2: 1. כדי לחמצן הקסוז גנרי (פחמימה עם שישה אטומי פחמן כגון גלוקוז) יהיה צורך אפוא בשישה חמצן מולקולות, וכתוצאה מכך נוצרות 6 מולקולות פחמן דו חמצני (C6H1206 + 602 → 6H20 + 6C02).
לכן כמות הנשימה של הפחמימות תהיה שווה ל: 6CO2 / 6O2 = 1.00

כמות הנשימה של שומנים

שומנים נבדלים מפחמימות בתכולת החמצן הנמוכה ביחס למספר אטומי המימן. כתוצאה מכך, חמצון שלהם דורש כמות חמצן גבוהה יותר.
בהתחשב בחומצה פלמיטית כדוגמה, אנו מגלים כי במהלך החמצון שלה נוצרות 16 מולקולות של פחמן דו חמצני ומים עבור 23 מולקולות חמצן הנצרכות. C16H32O2 + 23 O2 → 16 CO2 + 16 H2O
לכן כמות הנשימה תהיה שווה ל: 16 CO2 / 23 O2 = 0.696
בדרך כלל מיוחס כמות נשימה של 0.7 ליפידים, תוך התחשבות שערך זה נע בין 0.69 ל -0.73 ביחס לאורך אורך שרשרת הפחמן המאפיינת את חומצת השומן.

כמות הנשימה של חלבונים

ההבדל העיקרי המבדיל חלבונים משומנים ופחמימות הוא נוכחות של אטומי חנקן. בשל הבדל כימי זה, מולקולות החלבון הולכות בדרך מטבולית מסוימת. הכבד חייב קודם כל לסלק חנקן באמצעות תהליך הנקרא דימינציה. רק לאחר מכן ניתן לחמצן את החלק הנותר של מולקולת חומצת האמינו (הנקראת חומצת קטו) לפחמן דו חמצני ומים.

כמו שומנים, חומצות קטו דלות יחסית בחמצן. לכן החמצון שלהם יוביל ליצירת כמות של פחמן דו חמצני הנמוך מזה של החמצן הנצרך.
אלבומין, החלבון הנפוץ ביותר בפלזמה, מתחמצן על פי התגובה הבאה:
C72H112N2O22S + 77O2 → 63CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO (NH2) 2
לכן כמות הנשימה תהיה שווה ל: 63 CO2 / 77 O2 = 0.818
ה- QR של החלבונים קבוע, לפי מוסכמה, ב -0.82.

המשמעות של מקדם הנשימה

כדי לענות על דרישות האנרגיה של האורגניזם, כל אחד מאיתנו משתמש בתערובות מטבוליות שונות ביחס למאמץ גופני. ככל שזה אינטנסיבי יותר, כך אחוז הגלוקוז המחומצן גדול יותר. הרבה מהאנרגיה המיוצרת במנוחה נובעת מטבוליזציה של חומצות. שמן. מסיבה זו סביר לצפות למנת נשימה הקרובה ל -0.7 במנוחה ומעלה במהלך פעילות גופנית מאומצת.
מבצע פעילויות החל ממנוחה מוחלטת ועד להתעמלות אירובית קלה, נקודת הנשימה היא סביב 0.82 ± 4%. נתון זה, המתקבל בניסוי, מעיד על חמצון של האורגניזם של תערובת המורכבת מ -60% משומנים ו -40% פחמימות (בתנאים של מנוחה או פעילות גופנית מתונה תפקיד האנרגיה של החלבונים זניח, ולכן אנו מדברים על כמות נשימה שאינה חלבונית).
כל ערך QR מתאים לערך המקביל הקלורי של חמצן המייצג את מספר הקלוריות המשתחררות לליטר O2. הודות לנתונים אלה ניתן לעקוב במדויק אחר הוצאת האנרגיה של פעילות עבודה. נניח שבמהלך פעילות אירובית מתונה כמות הנשימה, הנמדדת באמצעות ניתוח גז, שווה ל -0.86; על ידי התייעצות עם טבלה מיוחדת, אנו מוצאים כי שווי האנרגיה לליטר חמצן הנצרך הוא 4.875 קק"ל. בשלב זה כדי לברר את האנרגיה. הוצאה של פעילות גופנית מספיקה להכפיל את ליטר החמצן הנצרך ב -4.875.
בעת מאמץ פיזי אינטנסיבי המצב משתנה באופן קיצוני ומנה הנשימה עובר וריאציות גדולות. בשל הייצור המסיבי של חומצת חלב מופעלים מספר רב של מנגנונים מטבוליים עזריים כגון מערכות חיץ והיפר -ונטילציה. בשני המקרים חלה עלייה בחיסול CO2, ללא תלות בחמצון של מצעי האנרגיה למונה (CO2 ) ושמירה על המכנה קבוע (O2) מקדם הנשימה עובר נחשול המגיע לערכים גבוהים מאחד.
במהלך ההתאוששות לאחר פעילות אינטנסיבית, כאשר חלק מפחמן דו חמצני משמש לרפורמציה של עתודות הביקרבונט, כמות הנשימה יורדת מתחת לערך הגבול 0.70.
לכן ברור שבמצבים כאלה כמות הנשימה אינה משקפת בדיוק את מה שקורה ברמה התאית במהלך חמצון של מצעי אנרגיה. במקרים אלה, הפיזיולוגים של הנשימה מעדיפים לדבר על כמות הנשימה החיצונית או על הקשר בין חילופי נשימה (R).