Методы измерения затрат энергии (прямая и непрямая калориметрия).

Образование и расход энергии.

Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, накапливается в форме АТФ, количество которой в тканях организма поддерживается на высоком уровне. АТФ содержится в каждой клетке организма. Наибольшее количество ее обнаруживается в скелетных мышцах - 0,2-0,5%. Любая деятельность клетки всегда точно совпадает по времени с распадом АТФ.

Разрушившиеся молекулы АТФ должны восстановиться. Это происходит за счет энергии, которая освобождается при распаде углеводов и других веществ.

О количестве затраченной организмом энергии можно судить по количеству тепла, которое он отдает во внешнюю среду.

Прямая калориметрия основана на непосредственном определении тепла, высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемого телом человека. Тепло, выделяемое организмом, поглощается водой, протекающей по системе труб, проложенных между стенками камеры. Метод очень громоздок, применение его возможно в специальных научных учреждениях. Вследствие этого в практической медицине широко используют метод непрямой калориметрии. Сущность этого метода заключается в том, что сначала определяют объем легочной вентиляции, а затем - количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода носит название дыхательного коэффициента . По величине дыхательного коэффициента можно судить о характере окисляемых веществ в организме.

При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1 так как для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0

Дыхательный коэффициент при окислении белка равен 0,8, при окислении жиров - 0,7.

Определение расхода энергии по газообмену. Количество тепла, высвобождающегося в организме при потреблении 1 л кислорода - калорический эквивалент кислорода - зависит от того, на окислении каких веществ используется кислород. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21,13 кДж (5,05 ккал), белков - 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров - 19,62 кДж (4,686 ккал).

Расход энергии у человека определяют следующим образом. Человек дышит в течение 5 мин, через мундштук (загубник), взятый в рот. Мундштук, соединенный с мешком из прорезиненной ткани, имеет клапаны. Они устроены так, что человек свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок. С помощью газовых часов измеряют объем выдохнутого воздуха. По показателям газоанализатора определяют процентное содержание кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом человеком воздухе. Затем рассчитывают количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, а также дыхательный коэффициент. С помощью соответствующей таблицы по величине дыхательного коэффициента устанавливают калорический эквивалент кислорода и определяют расход энергии.

Читатель, наверное, заметил, что в норме каждые 100 мл крови переносят от легких в ткани около 5 мл кислорода, в то же время из тканей в легкие переносится только около 4 мл двуокиси углерода. Таким образом, в нормальных условиях в покое объем выведенного через легкие двуокиси углерода составляет только 82% объема поглощенного в легких кислорода. Соотношение количества выведенной двуокиси углерода к количеству поглощенного кислорода называют дыхательным коэффициентом (ДК).
Дыхательный коэффициент = Объем выведенной двуокиси углерода / Объем поглощенного кислорода.

При изменении условий обмена величина дыхательного коэффициента изменяется. При использовании в пище только углеводов величина ДК достигает 1, и наоборот, при использовании в пище только жиров величина ДК снижается до 0,7. Причина этих изменений заключается в том, что при использовании одной молекулы кислорода в метаболизме углеводов образуется одна молекула двуокиси углерода; при реакции кислорода с жирами большое количество кислорода соединяется с атомами водорода жира, и вместо двуокиси углерода образуется вода. Другими словами, при обмене жиров дыхательный коэффициент химических реакций в тканях составляет около 0,7 вместо 1. Считается, что для человека, питающегося пищей, содержащей средние количества углеводов, жиров и белков, средняя величина ДК составляет 0,825.

Дыхательный центр

Нервная система обычно устанавливает такую скорость альвеолярной вентиляции, которая почти точно соответствует потребностям тела, поэтому напряжение кислорода (Ро2) и двуокиси углерода (Рсо2) в артериальной крови мало изменяется даже при тяжелой физической нагрузке и при большинстве других случаев респираторного стресса. В этой главе изложена функция этой нейрогенной системы регуляции дыхания.

Дыхательный центр состоит из нескольких групп нейронов, расположенных в стволе мозга по обе стороны продолговатого мозга и моста. Их делят на три большие группы нейронов: (1) дорсальная группа дыхательных нейронов, расположенная в дорсальной части продолговатого мозга, которая в основном вызывает вдох; (2) вентральная группа дыхательных нейронов, которая расположена в вентролатеральной части продолговатого мозга и в основном вызывает выдох; (3) пневмотаксический центр, который расположен дорсально в верхней части моста и контролирует в основном скорость и глубину дыхания. Наиболее важную роль в контроле дыхания выполняет дорсальная группа нейронов, поэтому первой будем рассматривать ее функции.

Дорсальная группа дыхательных нейронов простирается на большую часть длины продолговатого мозга. Большинство этих нейронов расположено в ядре одиночного тракта, хотя расположенные в близлежащей ретикулярной формации продолговатого мозга дополнительные нейроны также имеют важное значение для регуляции дыхания. Ядро одиночгого тракта является сенсорным ядром для блуждающего и языкоглоточного нервов, которые передают в дыхательный центр сенсорные сигналы от: (1) периферических хеморецепторов; (2) барорецепторов; (3) разного типа рецепторов легких.

Ритмические инспираторные разряды от дорсальной группы нейронов. Базовый ритм дыхания генерируется в основном дорсальной группой дыхательных нейронов. Даже после перерезки всех входящих в продолговатый мозг периферических нервов и ствола мозга ниже и выше продолговатого мозга эта группа нейронов продолжает генерировать повторяющиеся залпы потенциалов действия инспираторных нейронов. Основная причина возникновения этих залпов неизвестна. У примитивных животных были найдены нервные сети, в которых активность одной группы нейронов активирует вторую группу, а активность второй группы тормозит первую.

Через некоторое время схема активации повторяется , и так продолжается в течение всей жизни животного, поэтому большинство физиологов, занимающихся физиологией дыхания, полагают, что у человека тоже имеется подобная сеть нейронов, расположенная в пределах продолговатого мозга; возможно, что в нее входит не только дорсальная группа нейронов, но и прилегающие части продолговатого мозга, и что эта сеть нейронов отвечает за основной ритм дыхания.

Нарастающий сигнал вдоха . Сигнал от нейронов, который передается инспираторным мышцам, в основном диафрагме, не является мгновенным всплеском потенциалов действия. При нормальном дыхании он постепенно увеличивается в течение примерно 2 сек. После этого он резко снижается примерно на 3 сек, что прекращает возбуждение диафрагмы и позволяет эластической тяге легких и грудной стенки выполнить выдох. Потом инспираторный сигнал начинается опять, и цикл повторяется снова, и в перерыве между ними происходит выдох. Таким образом, инспираторный сигнал является нарастающим сигналом. По-видимому, такое нарастание сигнала обеспечивает постепенное увеличение объема легких во время вдоха вместо резкой инспирации.
Контролируются два момента нарастающего сигнала.

1. Скорость прироста нарастающего сигнала, поэтому во время затрудненного дыхания сигнал растет быстро и вызывает быстрое наполнение легких.
2. Лимитирующая точка, при достижении которой сигнал внезапно пропадает. Это обычный способ контроля над скоростью дыхания; чем раньше прекращается нарастающий сигнал, тем меньше длительность вдоха. При этом сокращается и длительность выдоха, в результате дыхание учащается.

Работа 3. Определение дыхательного коэффициента

Важный показатель химической природы дыхательного субстрата – дыхательный коэффициент (ДК ) – отношение объема выделенного углекислого газа (V (СО 2)) к объему поглощенного кислорода (V (О 2)). При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, при окислении жиров (более восстановленных соединений) кислорода поглощается больше, чем выделяется углекислого газа и ДК < 1. При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы соединений) ДК > 1.

Величина ДК зависит и от других причин. В некоторых тканях из-за затрудненного доступа кислорода наряду с аэробным происходит анаэробное дыхание, не сопровождающееся поглощением кислорода, что приводит к повышению значения ДК . Величина дыхательного коэффициента обусловлена также полнотой окисления дыхательного субстрата. Если, кроме конечных продуктов, в тканях накапливаются менее окисленные соединения, то ДК < 1.

Прибор для определения дыхательного коэффициента (рис. 8) состоит из пробирки (рис. 8, а) или другого стеклянного сосуда (рис. 8, б ) с плотно пригнанной пробкой, в которую вставлена измерительная трубка со шкалой из миллиметровой бумаги.

Материалы и оборудование. Прорастающие семена подсолнечника, ячменя, гороха, фасоли, льна, пшеницы, 20 %-й раствор гидроксида натрия, шприц на 2 см 3 , цветная жидкость, чашка Петри, химическая пробирка, U-образно изогнутая трубка, эластичная трубка, пробка с отверстием, пинцет анатомический, полоски фильтровальной бумаги (1,5 5 см), миллиметровая бумага, песочные часы на 3 мин, штатив для пробирок.

Ход работы. В пробирку внесите 2 г прорастающих семян подсолнечника. Плотно закройте пробирку пробкой, соединенной эластичной трубкой с изогнутой U-образно стеклянной трубкой, и введите в конец последней при помощи пипетки небольшую каплю жидкости, создавая внутри прибора замкнутую атмосферу. Во время опыта обязательно поддерживайте постоянную температуру. Для этого поставьте прибор в штатив, избегая тем самым нагревания его руками или дыханием. Определите на сколько делений шкалы продвинется капля внутрь трубки за 3 мин. Для получения точного результата вычислите среднюю величину из трех измерений. Полученная величина выражает разницу между объемом поглощенного при дыхании кислорода и объемом выделенного углекислого газа.

Откройте прибор с семенами и положите в него пинцетом свернутую в кольцо полоску фильтровальной бумаги, предварительно пропитанную раствором NaOH. Снова закройте пробирку, поместите в измерительную трубку новую каплю цветной жидкости и продолжайте измерение скорости ее движения при той же температуре. Новые данные, из которых опять вычислите среднюю величину, выражают объем поглощенного при дыхании кислорода, так как выделившийся углекислый газ поглощается щелочью.

Рассчитайте дыхательный коэффициент по формуле: , где ДК – дыхательный коэффициент; В – объем поглощенного при дыхании кислорода; А – разница между объемом поглощенного при дыхании кислорода и объемом выделенного углекислого газа.

Сравните величины дыхательных коэффициентов предложенных объектов и сделайте вывод о химической природе дыхательных субстратов каждого из объектов.

_________________________________

1 Прибор для наблюдений газообмена при дыхании растений и животных ПГД (учебный): руководство по эксплуатации / под ред. Т.С.Чанова. – М.: Просвещение, 1987. – 8 с.

Лабораторная работа 21

Определение дыхательного коэффициента прорастающих семян

Принцип метода. Дыхательный коэффициент (ДК) - показатель газообмена живых тканей. Это отношение количества выделенного при дыхании углекислого газа к количеству поглощенного при этом кислорода:

ДК = СО2 / О2.

Величина дыхательного коэффициента зависит от ряда причин. Первый фактор - химическая природа окисляемого при дыхании субстрата. Если используются углеводы, то ДК близок к единице:

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O.

Если окисляются более восстановленные вещества, жиры и белки, то кислорода потребляется больше, чем выделяется углекислого газа, и ДК меньше единицы. Например, при окислении стеариновой кислоты отношение CO2:O2 равно 18:26, то есть 0,69.

При окислении веществ, содержащих в себе больше кислорода, чем в углеводах, дыхательный коэффициент больше единицы. Так, при дыхании за счет щавелевой кислоты по уравнению 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O дыхательный коэффициент равен 4.

Вторым фактором, определяющим величину ДК, являются условия аэрации. При недостатке кислорода в воздухе, то есть в анаэробных условиях, ДК повышается и в случае окисления углеводов становится выше единицы.

Величина ДК свидетельствует о полноте окисления субстрата. Если при окислении углеводов процесс распада идет не до конца, а накапливаются промежуточные, более окисленные, чем углеводы, продукты, то величина ДК становится меньше единицы. Подобное явление наблюдается у интенсивно растущих объектов.

Цель работы: определить дыхательный коэффициент прорастающих семян.

Ход работы: в опыте используют прибор, состоящий из пробирки, которая плотно закрыта каучуковой пробкой, со вставленной в неё горизонтальной трубкой с делениями. Пробирку поместить в колбу, которая является одновременно и штативом, и термоизолятором.

Прорастающими семенами пшеницы или подсолнечника заполнить ½…2/3 объема пробирки и плотно закрыть ее пробкой с измерительной трубкой. Обязательное условие правильного наблюдения - постоянство температуры прибора, так как его работа связана с изменением объемов газов.

Поэтому смонтированный прибор должен принять комнатную температуру, что достигается в течение 5…7 минут.

623 " style="width:467.25pt;border-collapse:collapse;border:none">

Оборудование и материалы: 1) наклюнувшиеся семена пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.), гороха посевного (Pisum sativum L.) и др.; 2) 20% раствор щавелевой кислоты; 3) вода, подкрашенная метиленовой синей; 4) фарфоровая чашка; 5) пинцет; 6) линейка; 7) пипетка с оттянутым концом; 8) полоски фильтровальной бумаги размером 2×6 см.

Установка для определения дыхательного коэффициента : в пробирку с хорошо пригнанной резиновой пробкой вставлена изогнутая под прямым углом тонкая стеклянная трубка. Горизонтальное колено трубки градуируют, прикрепляя к ней при помощи резиновых колечек полоску миллиметровой бумаги, пробирку устанавливают в высокий (по длине пробирки) стакан с ватой.

Контрольные вопросы

1. Классификация ферментативных систем дыхания. Механизмы действия.

2. Пути превращения дыхательного субстрата. Гликолиз. Пентозофосфатный цикл.

3. Окислительное фосфорилирование в митохондриях растений.

4. Цикл Кребса.

5. Понятие о дыхательном коэффициенте. Методы определения дыхательного коэффициента.

6. Экология дыхания. Зависимость дыхания от эндогенных и экзогенных факторов.

Дыхательный коэффициент составляет 18,10:24,70 = 0,73.[ ...]

Дыхательный коэффициент при нормальном созревании плодов не остается постоянным. В предклимакте-рической стадии он равен примерно 1 и по мере созревания достигает значений 1,2... 1,5. При отклонениях на ±0,25 от единицы в плодах еще не наблюдаются аномалии в обмене веществ, и только при больших отклонениях можно предполагать физиологические расстройства. Интенсивность дыхания отдельных слоев тканей какого-либо плода неодинакова. В соответствии с большей активностью ферментов в кожице в ней отмечается во много раз большая интенсивность дыхания, чем у паренхимной ткани (Хулме и Родс, 1939). При снижении содержания кислорода и увеличении концентрации двуокиси углерода в паренхимных клетках по мере удаления от кожицы к сердцевине плода интенсивность дыхания падает.[ ...]

Прибор для определения дыхательного коэффициента, пинцеты, полоски фильтровальной бумаги, песочные часы па 2 мин, стеклянные чашки, пипетки, стеклянные палочки, конические колбы на 250 мл.[ ...]

Прибор для определения дыхательного коэффициента состоит из большой пробирки с плотно пригнанной каучуковой пробкой, в которую вставлена изогнутая под прямым углом измерительная трубка со шкалой из миллиметровой бумаги.[ ...]

Потребление кислорода и коэффициент его утилизации были постоянными при снижении р02 до 60 и 20% исходного (в зависимости от скорости тока). При концентрации кислорода, слегка превышающей критическую, длительное время поддерживался максимальный объем вентиляции (в течение нескольких часов). Объем вентиляции возрастал при этом в 5,5 раза, но в отличие от карпов он снижался начиная с 22% уровня насыщения воды кислородом. Авторы считают , что снижение объема вентиляции у рыб при экстремальной гипоксии - следствие кислородной недостаточности дыхательной мускулатуры. Соотношения частоты дыхания и сердцебиений были равны 1,4 в норме и 4,2 при дефиците кислорода.[ ...]

Вводные пояснения. Преимущества метода: высокая чувствительность, что позволяет работать с малыми навесками опытного материала; возможность наблюдать за динамикой газообмена и одновременно учитывать газообмен 02 и С02, что позволяет установить дыхательный коэффициент.[ ...]

Поэтому значение pH в окситеике снижается почти до 6,0, в то время как в аэротенке рН>7Д При максимальной нагрузке потребляемая мощность для окситенка, включающая мощность оборудования для получения кислорода 1,3 м3/ (л.с.-ч) и мощность аэратора (рис. 26.9), должна быть меньше, чем мощность аэратора для аэротенка. Это объясняется высокой концентрацией кислорода (выше 60%) ка всех ступенях окситенка.[ ...]

Динамика выделения углекислого газа (С?со2), поглощения кислорода ([ ...]

Морские и пресноводные рыбы в данных условиях опыта имели примерно одинаковый дыхательный коэффициент (ДК). Недостатком этих данных является то, что автор взял для сравнения золотую рыбку, которая вообще мало потребляет кислорода и вряд ли может служить эталоном сравнения.[ ...]

В отношении газообмена насекомых, находящихся в зимней спячке, следует сказать, что и дыхательный коэффициент при этом понижается1. Так, например, Драйер (1932) обнаружил, что у муравья Formica ulkei Emery в активном состоянии дыхательный коэффициент был равен 0,874; когда же муравьи перед зимней спячкой стали малоподвижными, дыхательный коэффициент снизился до 0,782, и в период спячки снижение достигло 0,509-0,504. У колорадского картофельного жука Leptinotarsa decemlineata Say. в период зимовки дыхательный коэффициент снижается до 0,492-0,596, тогда как в летнее время он равен 0,819- 0,822 (Ушатинская, 1957). Это объясняется тем, что в активном состоянии насекомые живут преимущественно за счет белковой и углеводной пищи, в спячке же расходуется главным образом жир, требующий для окисления меньшего количества кислорода.[ ...]

В герметичных резервуарах, рассчитанных на давление в ГП рк. д = 1962 Па (200 мм. вод. ст), при высоких коэффициентах оборачиваемости продолжительность простаивания резервуара с «мертвым» остатком до начала заполнения может быть так мала, что дыхательный клапан не успеет открыться для «выдоха». Тогда потери от «обратного.выдоха» отсутствуют.[ ...]

Для понимания биохимических процессов, протекающих в организме, большое значение имеет величина дыхательного коэффициента. Дыхательный коэффициент (ДК) - отношение выдыхаемой угольной кислоты к потребляемому кислороду.[ ...]

Для суждения о влиянии температуры на какой-либо процесс обычно оперируют величиной температурного коэффициента. Температурный коэффициент (£>ю) процесса дыхания зависит от типа растений и от градаций температуры. Так, при повышении температуры от 5 до 15°С 0 ю может возрастать до 3, тогда как повышение температуры от 30 до 40°С увеличивает интенсивность дыхания менее значительно (Фю около 1,5). Большое значение имеет фаза развития растений. По данным Б, А. Рубина, на каждой фазе развития растений для процесса дыхания наиболее благоприятны те температуры, на фоне которых обычно проходит эта фаза, Изменение оптимальных температур при дыхании растений в зависимости от фазы их развития связано с тем, что в процессе онтогенеза меняются пути дыхательного обмена. Между тем для разных ферментных систем наиболее благоприятным являются разные температуры. В этой связи интересно, что в более поздние фазы развития растений наблюдаются случаи, когда фла-виновые дегидрогеназы выступают в роли конечных оксидаз, передавая водород непосредственно кислороду воздуха.[ ...]

Все исследованные рыбы в неволе потребляют кислорода меньше, чем в природных условиях. Слабое увеличение дыхательного коэффициента у рыб, содержавшихся в аквариумах, свидетельствует об изменении качественной стороны обмена в сторону большего участия в нем углеводов и белков. Автор объясняет это худшим кислородным режимом аквариума по сравнению с естественными условиями; кроме того, в аквариуме рыбы малоподвижны.[ ...]

Для снижения выброса паров вредных веществ применяются также диски-отражатели, устанавливаемые под монтажным патрубком дыхательного клапана. При высоком коэффициенте оборачиваемости атмосферных резервуаров эффективность дисков-отражателей может достичь 20-30%.[ ...]

Донасыщение ГП может происходить после заполнения, если газовое пространство было не вполне насыщено парами. В этом случае дыхательный клапан после заполнения емкости не закрывается и сразу начинается дополнительный выдох. Такое явление встречается в резервуарах, имеющих высокий коэффициент оборачиваемости или заполняемых частично, не до предельной высоты взлива, а также в резервуарах с замедленными процессами насыщения ГП (резервуары с понтонами и заглубленные). Донасыщение ГП особенно характерно для резервуаров, впервые заполненных после зачистки и проветривания. Такой вид потерь иногда называют потерями от насыщения или донасыщения ГП.[ ...]

При известных и и0 Аcjcs можно также определять по графикам, аналогичным приведенному на рис. 14. В методиках расчета потерь приведены подобные графики для типовых резервуаров РВС, различных типов дыхательных клапанов и их количества. Величина Аc/cs означает прирост концентрации в ГП за суммарное время простоя (тп) и заполнения резервуара (тэ), т. е. т = т„ + т3; ее определяют приближенно по графикам (см. рис. 3). При использовании формулы (!9) необходимо иметь б виду, что при полном насыщении ГП ccp/cs = 1 и что время полного насыщения ГП наземных резервуаров ограничено 2-4 сутками (в зависимости от состояния погоды и других условий), а график на" рис. 3 приближенный. Поэтому, получив по формуле (19) значения ccp/cs>l, что означает наступление полного насыщения ГП ранее момента конца простоя или конца заполнения резервуара, в формулу (18) необходимо подставлять ccp/cs = 1.[ ...]

Оценим количественные связи между этими двумя потоками газов. Во-первых» отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода (дыхательный коэффициент) для большинства сточных вод и активных илов меньше единицы. Во-вторых, объемные коэффициенты массопередачи для кислорода и углекислого газа близка друг к другу. В-третьих, константа фазового равновесия углекислого газа почти в 30 раз меньше кислородной. В-четвертых, углекислый газ не только присутствует в иловой смеси в растворенном состояний, но и вступает с водой в химическое взаимодействие.[ ...]

При сравнении обоих типов дыхания бросается в глаза неодинаковое отношение поглощения кислорода к выделению двуокиси углерода. Отношение СО2/О2 обозначается как дыхательный коэффициент КО.[ ...]

Если в процессе дыхания окисляются органические вещества с относительно более высоким содержанием кислорода, чем в углеводах, например органические кислоты - щавелевая, винная и их соли, то дыхательный коэффициент будет значительно больше 1. Он также будет больше 1 в том случае, когда часть кислорода, используемого для дыхания микробов, берется из углеводов; или же при дыхании тех дрожжей, у которых одновременно с аэробным дыханием происходит спиртовое брожение. Если же наряду с аэробным дыханием протекают другие процессы, при которых используется добавочный кислород, то дыхательный коэффициент будет меньше 1. Он будет меньше 1 и тогда, когда в процессе дыхания окисляются вещества с относительно небольшим содержанием кислорода, например белки, углеводороды и др. Следовательно, зная значение дыхательного коэффициента, можно определить, какие вещества окисляются в процессе дыхания.[ ...]

Наиболее общий показатель скорости окисления- интенсивность дыхания, о которой можно судить по поглощению кислорода, выделению диоксида углерода и окислению органического вещества. Другие показатели дыхательного метаболизма: величина дыхательного коэффициента, соотношение гликолитического и пенто-зофосфатного путей распада сахаров, активность окислительно-восстановительных ферментов. Об энергетической эффективности дыхания можно судить по интенсивности окислительного фосфорилирования митохондрий.[ ...]

Показанные на яблоках сорта Кокс оранж тенденции в отношении влияния концентраций кислорода и двуокиси углерода в воздухе камеры действительны для всех других сортов яблок, за исключением случаев более сильного увеличения дыхательного коэффициента при понижении температуры.[ ...]

Величина ДК зависит и от других причин. В некоторых тканях из-за затрудненного доступа кислорода наряду с аэробным происходит анаэробное дыхание, не сопровождающееся поглощением кислорода, что приводит к повышению значения ДК. Величина коэффициента обусловлена также полнотой окисления дыхательного субстрата. Если, кроме конечных продуктов, в тканях накапливаются менее окисленные соединения (органические кислоты), то ДК[ ...]

Количественные определения зависимости газообмена у рыб от температуры были проведены многими исследователями. В большинстве случаев изучение этого вопроса ограничивалось преимущественно количественной стороной дыхания - величиной дыхательного ритма, величиной потребления кислорода и затем вычислением температурных коэффициентов при разных температурах.[ ...]

Для снижения потерь в результате испарения и загрязнения воздушной среды, резервуары для бензина оснащают газовой обвязкой, соединяющей воздушные пространства резервуаров, в которых хранится продукция одной марки, а также устанавливают общий дыхательный клапан. Описанные выше «большие и малые дыхания», вентиляция газового пространства, также являются причиной загрязнения воздушной среды при хранении нефтепродуктов на сельскохозяйственных объектах, так как при коэффициенте оборачиваемости резервуарного парка 4-6 коэффициент оборачиваемости запасов топлива составляет 10-20, а это означает снижение коэффициента использования резервуаров 0,4-0,6. В целях предотвращения загрязнения атмосферы на нефтескладах предусматривают очистные устройства и бензомаслоуловители.[ ...]

Полученные к настоящему времени данные показывают, что экстремальные температуры вызывают угнетение деятельности физиологической системы, в частности транспорта газов у рыб. При этом развивается бра-дикардия, нарастает аритмия, снижаются потребление кислорода и коэффициент его утилизации. Вслед за этими изменениями работы кардиореспира-торного аппарата постепенно прекращается вентиляция жабр и в последнюю очередь перестает функционировать миокард. По-видимому, аноксия дыхательной мускулатуры и общая кислородная недостаточность одна из причин гибели рыб при перегреве. Повышение температуры приводит к ускорению утилизации кислорода и, как следствие, к падению его напряжения в дорзальной аорте, что, в свою очередь, служит сигналом для усиления вентиляции жабр .[ ...]

Перед применением модели следует провести проверку ее кинетических параметров. Проверка модели системы с чистым кислородом для очистки бытовых и промышленных сточных вод была сделана Мюллером и др. (1]. При проверке моделей для очистки бытовых сточных вод использовали дыхательный коэффициент Я.С, равный 1,0, тогда как для промышленных сточных вод он составляет 0,85 и даже 0,60. Дополнительная проверка химических взаимодействий была сделана совсем недавно при изучении сточных вод целлюлозно-бумажной фабрики (рис.26.6). Для оценки полученных данных дыхательный коэффициент был принят равным 0,90. Хотя данных о содержании аммонийного азота было не так много, была отмечена бюлее низкая потребность в нем для роста микроорганизмов, чем это традиционно наблюдалось в биологических системах.[ ...]

Для решения вопроса о сущности действия температуры на обмен веществ рыбы нужно знать не только степень увеличения или уменьшения обмена с изменением температуры, но и качественные изменения в отдельных звеньях, составляющих обмен веществ. Качественную сторону обмена до некоторой степени могут характеризовать такие коэффициенты, как дыхательный и аммиачный (отношение выделенного аммиака как конечного продукта азотистого обмена к потребленному кислороду) (рис. 89).[ ...]

Из приведенного выше уравнения (4) следует, что отношение констант для 02 и С02 равно 1,15 , т. е. использование С02-техники измерения баланса, казалось бы, позволяет проводить наблюдения при несколько более высоких значениях 2 и соответственно больших скоростях течения. Но это кажущееся преимущество исчезает, если принять, что дыхательный коэффициент меньше 1. Кроме того, как показал Таллинг 32], точность определения С02 в природных водах не может быть лучше чем ± 1 мкмоль/л (0,044 мг/л), а кислорода - ±0,3 ,мкмоль/л (0,01 мг/л). Следовательно, даже если принять дыхательный коэффициент равным 1, точность балансового метода, основанного на учете баланса кислорода, оказывается по крайней мере втрое выше, чем при определении углекислоты.[ ...]

Морфо-физиологический метод применялся в наших исследованиях с некоторыми дополнениями. Это позволило определять с достаточной точностью (±3,5%) количества поглощенного кислорода, выделенной углекислоты и дыхательный коэффициент (ДК) на целых проростках 10 -12 дневного возраста и листьях растений из полевых опытов. Принцип этой методики заключается в том, что растения помещенные в замкнутый сосуд (газовая пипетка специальной конструкции) с атмосферным воздухом, в результате дыхания изменяют состав воздуха. Таким образом, зная объем сосуда и определив процентный состав воздуха в начале и в конце опыта, нетрудно рассчитать количество поглощенного 02:и выделенной СОг растениями.[ ...]

Различные органы и ткани растения сильно различаются по условиям снабжения их кислородом. В листе кислород свободно поступает практически к каждой клетке. Сочные плоды, корнеплоды, клубни вентилируются очень плохо; они слабо проницаемы для газов, не только для кислорода, но и для углекислого газа. Естественно, в этих органах процесс дыхания сдвигается в анаэробную сторону, дыхательный коэффициент возрастает. Возрастание дыхательного коэффициента и сдвиг процесса дыхания в анаэробную сторону наблюдаются в меристематических тканях. Таким образом, разные органы характеризуются не только различной интенсивностью, но и неодинаковым качеством дыхательного процесса.[ ...]

Вопрос о веществах, используемых в процессе дыхания, издавна еаниман физиологов. Еще в работах И. П. Бородина было показано, что интенсивность процесса дыхания прямо пропорциональна содержанию в тканях растений углеводов. Это дало основание предположить, что именно углеводы яеляются основным веществом, потребляемым при дыхании. В выяснении данного вопроса большое значение имеет определение дыхательного коэффициента. Дыхательный коэффициент - это объемное или молярное отношение СОг, выделившегося в процессе дыхания, к поглощенному за этот же промежуток времени Ог- При нормальном доступе кислорода величина дыхательного коэффициента зависит от субстрата дыхания. Если в процессе дыхания используются углеводы, то процесс идет согласно уравнению СеН) 2О5+6О2=6СО2+6Н2О, в этом случае дыхательный коэффициент равен единице!=1. Однако, если разложению в процессе дыхания подвергаются более окисленные соединения, например органические кислоты, поглощение кислорода уменьшается, дыхательный коэффициент становится больше единицы. При окислении в процессе дыхания более восстановленных соединений, таких, как жиры или белки, требуется больше кислорода и дыхательный коэффициент становится меньше единицы.[ ...]

Итак, простейший процесс аэробного дыхания представляется в следующем виде. Молекулярный кислород, потребляемый в процессе дыхания, используется в основном для связывания водорода, образующегося при окислении субстрата. Водород от субстрата передается к кислороду через ряд промежуточных реакций, проходящих последовательно с участием ферментов и переносчиков. Определенное представление о характере процесса дыхания дает так называемый дыхательный коэффициент. Под этим понимают отношение объема выделившегося углекислого газа к объему кислорода, поглощенного в процессе дыхания (С02:02).[ ...]

Эффективность работы кардиореспираторного аппарата рыб, его резервные возможности, лабильность частотных и амплитудных показателей зависят от видовой принадлежности и экологических особенностей рыб. При повышении температуры на одну и ту же величину (с 5 до 20°С) частота дыхания у судака увеличилась с 25 до 50 в минуту, у щуки с 46 до 75, у язя с 63 до 112 в минуту. Потребление кислорода увеличивается параллельно с увеличением частоты, но не глубины дыхания. Наибольшее число дыхательных движений для прокачивания единицы объема воды производит подвижный язь, а наименьшее - менее активный оксифильный судак, что положительно коррелирует с интенсивностью газообмена у исследованных видов . По мнению авторов, соотношение максимального объема вентиляции и соответствующего ему коэффициента утилизации кислорода определяет максимальные энергетические возможности организма. В покое наибольшие интенсивность газообмена и объем вентиляции были у оксифильного судака, а при функциональной нагрузке (двигательная активность, гипоксия) -- у язя. При низкой температуре прирост объема вентиляции у язя в ответ на гипоксию был больше, чем при высокой, а именно: 20-кратный при 5°С и 8-кратный при 20°С. У ОггИоЬоп тюго1ер1с1оги5 при гипоксии (40% насыщения) объем воды, прокачиваемой через жабры, изменяется в меньшей степени: при 12°С увеличивается в 5 раз, а при 28°С - в 4,3 раза .[ ...]

Значительно менее полно исследованы показатели углеводного обмена при адаптивной экзогенной гипоксии, т. е. при легком и умеренном дефиците кислорода в окружающей среде. Однако имеющиеся немногочисленные экспериментальные данные показывают, что и в этом случае происходят усиленное использование гликогена в мышцах, повышение содержания молочной кислоты и сахара в крови. Как и следовало ожидать, уровень насыщения воды кислородом, при котором отмечаются эти сдвиги, неодинаков для разных видов. Например, у миноги отмечена гипергликемия при снижении содержания кислорода всего лишь на 20% от исходного и у 1 аЬео сарепвк концентрация сахара в крови оставалась постоянно низкой даже при 40% насыщения воды кислородом и только дальнейшее снижение насыщения приводило к быстрому увеличению уровня сахара в крови. Повышение сахара в крови и молочной кислоты отмечено при гипоксии у линя . Аналогичная реакция на гипоксию отмечена и у канального сомика . В первой из этих работ при 50%-ном насыщении воды кислородом у рыб выявлено повышение содержания молочной кислоты, которое продолжалось и в первый час нормоксии, т. е. после возвращения рыб в нормальные кислородные условия. Восстановление биохимических показателей к норме происходило в течение 2-6 ч, а увеличение содержания лактата и дыхательного коэффициента с 0,8 до 2,0 свидетельствовало об увеличении анаэробного гликолиза.