БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004
9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
9.5. Газообмен у млекопитающих
9.5.7. Измерение дыхания при помощи спирометра
В школах, лабораториях и больницах объем воздуха, поступающего в легкие и выходящего из них, обычно измеряют спирометром. Он состоит из сосуда с водой и помещенного в него вверх дном другого сосуда емкостью не менее 6 л с находящимся в нем воздухом. От этого второго сосуда отходят две трубки. Они соединены с мундштуком, который испытуемый во время измерения берег в рот. Мундштук снабжен клапаном, так что, когда испытуемый дышит, воздух входит в него по одной трубке и выходит по другой. Для поглощения выделяющегося при выдохе СО2 в прибор помещают натронную известь. (Постепенное возрастание концентрации СО2 в спирометре было бы опасным.) Для заполнения спирометра можно использовать и кислородные смеси («медицинский кислород»). Когда испытуемый дышит, воздух в его легких и в спирометре составляет единую замкнутую систему.
Внутренний сосуд уравновешен, и когда воздух входит в него (если испытуемый делает выдох) или выходит из него (при вдохе), он соответственно поднимается или опускается. Писчик кимографа записывает на медленно вращающемся барабане все эти движения (рис. 9.29).
К спирометру прилагается подробная инструкция по работе с прибором и мы ее здесь обсуждать не будем. Важно, однако, уметь анализировать записи прибора и отдавать себе отчет в том, какую информацию можно из них извлечь.
Спирометр дает возможность определить интенсивность метаболизма, дыхательный коэффициент, дыхательный объем, частоту дыхания и потребление кислорода.
Под частотой дыхания понимают число циклов дыхательных движений в минуту. Легочную вентиляцию (Л В) определяют, умножая это число на дыхательный объем:
ЛВ = Частота дыхания х Дыхательный объем
Если, например, частота дыхания составляет 15/мин, а дыхательный объем 400 мл, то ЛВ = 15 х 400 мл = 6000 мл/мин (т. е. за 1 мин между организмом испытуемого и средой обменивается 6 л воздуха).
9.10. Почему альвеолярная вентиляция меньше легочной?
Ниже приведены некоторые типичные величины:
Частота дыхания в покое — 15 циклов в минуту
Частота дыхания после максимальной нагрузки — 40—50 циклов в минуту
ЛВ в покое — 6,75 л в минуту
ЛВ после максимальной нагрузки (дыхательный объем 3 л в минуту х частота дыхания 45 циклов в минуту) — 135 л в минуту
Потребление кислорода в покое: 0,25—0,4 л в минуту
Потребление кислорода после максимальной нагрузки — 3,6 л в минуту (у бегуна на марафонской дистанции — до 5,1 л в минуту)
Измерение интенсивности метаболизма
Поскольку почти любой вид метаболической активности организма непосредственно связан с дыханием, то, измеряя дыхание, мы получаем возможность довольно точно судить об интенсивности метаболизма. Ее можно вычислить, определяя потребление кислорода. В спирометре внутренний сосуд по мере поглощения кислорода организмом испытуемого постепенно опускается (напомним, что СО2 улавливается натронной известью, т. е. выводится из обращения). Это опускание и служит мерой поглощения кислорода за данный период времени (см. вопрос 9.16, разд. 9.5.9).
9.11. Ознакомьтесь с рис. 9.30. Нетрудно заметить, что чем меньше животное, тем выше у него интенсивность метаболизма. В чем причина этого?
Рис. 9.30. Интенсивность метаболизма в расчете на 1 г массы тела (логарифмическая шкала).
9.12. Как можно сравнить интенсивность метаболизма у животных, различающихся по своим размерам?