Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение объема выделенного углекислого газа (VCO2) к объему поглощенного кислорода (VO2).

(25.2)

Дыхательный коэффициент различен при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет дыхательный коэффициент при использовании организмом глюкозы. Общий итог окисления молекулы глюкозы можно выразить формулой:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О (25.3)

При окислении глюкозы число молекул образовавшегося СО2 равно числу молекул затраченного (поглощенного) О2. Равное количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро–Жерара). Следовательно, дыхательный коэффициент (отношение СО2/О2) при окислении глюкозы и других углеводов равен единице.

При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы, поскольку в жирных кислотах на один атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах.

Определенному дыхательному коэффициенту соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, что следует из табл. 25.4. Относительное постоянство дыхательного коэффициента (0,85–0,90) у людей при обычном питании в условиях покоя позволяет производить достаточно точное определение энергетического обмена у человека в покое, вычисляя только количество потребленного кислорода и беря его калорический эквивалент при усредненном дыхательном коэффициенте. Количество потребленного организмом кислорода определяют при помощи различных спирографов.

Определив количество поглощенного кислорода и приняв усредненный дыхательный коэффициент равным 0,85, можно рассчитать энергообразование в организме; калорический эквивалент 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте равен 20,356 кДж, то есть 4,862 ккал (см. табл. 25.4).

Таблица 25.4. Соотношение дыхательного коэффициента и калорического эквивалента кислорода

Соотношение между количествами выделяемого углекислого газа и потребляемого кислорода зависит от следующих трех факторов.

1. Тип питательных веществ, участвующих в обмене. Как было указано, ДК равен: при окислении углеводов — 1,0, при окислении жиров — 0,7 и при окислении белков — 0,81 (см. табл. 24.4).

2. Гипервентиляция. Дополнительное количество СO2, выдыхаемое при гипервентиляции, поступает из тех обширных запасов СO2, которые содержатся в тканях и крови, и не связано с образованием углекислоты в ходе метаболических процессов. Гипервентиляция не влияет на объем поглощаемого кислорода, поскольку кровь и ткани организма не могут накапливать дополнительный кислород. Гипервентиляцию может вызывать произвольная активность (надувание воздушного баллона), нереспираторный ацидоз (например, во время и после изнурительной работы), психологический стресс (состояние предельного возбуждения) и искусственно осуществляемое дыхание.

3. Превращение одних питательных веществ в другие. В тех случаях, когда большую часть рациона составляют углеводы, последние могут превращаться в жиры. Поскольку в жирах кислорода содержится меньше, чем в углеводах, этот процесс сопровождается выделением соответствующего количества кислорода. Так, в случае перенасыщения углеводами количество поглощаемого в легких кислорода снижается, а ДК возрастает.

В предельных случаях насильственного питания зарегистрированы такие значения дыхательного коэффициента, как 1,38 у гусей и 1,59 у свиней. В периоды голодания и при сахарном диабете ДК может падать до 0,6. Это связано с усилением интенсивности обмена жиров и белков при снижении метаболизма глюкозы (потребление запасов гликогена или нарушение утилизации).