相互作用的呼吸,循环,新陈代谢

呼吸、循环的相互作用新陈代谢是关键的功能呼吸系统作为一个整体。细胞设置对氧气吸收和需求二氧化碳放电,肺的气体交换。血液循环氧气利用率和吸收的网站的链接。呼吸系统的正常运行依赖于两个系统进行功能调整的能力在不同的需求和所涉及的结构序列的设计特性,这对呼吸设置限制。

呼吸的主要目的是为细胞提供氧气的速度足以满足他们的代谢需要。这涉及到运输氧气的肺通过组织的血液循环。在古代,中世纪的期间,心脏被认为是一个炉,“生命之火”让血液沸腾。现代细胞生物学公布了背后的真相吗比喻。每个细胞保持一组炉、线粒体,通过氧化食品,如葡萄糖,提供细胞的能量需求。呼吸的精确对象因此是线粒体氧的供应。

细胞代谢取决于能源来自高能磷酸盐等三磷酸腺苷(ATP)的第三磷酸债券可以释放量子能源燃料的许多细胞过程,如收缩肌肉纤维蛋白质或蛋白质分子的合成。在这个过程中,ATP是退化二磷酸腺苷(ADP)、磷酸分子只有两种债券。给分子通过添加第三个磷酸基需要能量来源于食物的分解,或基板。有两条途径:(1)厌氧糖酵解,或发酵在缺乏氧气的运营;(2)有氧代谢,需要氧气和涉及到线粒体。厌氧途径导致酸性废物,浪费的资源:一个分子的分解葡萄糖产生只有两个分子的ATP。相比之下,有氧代谢有更高收益率每个分子(36 ATP分子的葡萄糖)和结果在“清洁废物”——和二氧化碳,这很容易消除来自身体和回收植物的过程中光合作用。对于任何持续的高级细胞活性,因此,有氧代谢途径是可取的。线粒体氧化磷酸化只发生以来,由于每个单元必须产生自己的ATP(不能进口),线粒体在细胞的数量反映了其有氧代谢的能力,或其需要氧气。

氧气供应的线粒体以足够的速度是一个关键的呼吸系统功能,因为细胞保持只存储有限的高能磷酸盐和氧气,而他们通常有一个合理的基板的股票供应。如果氧气供应中断几分钟,很多细胞,甚至生物体,会死去。

收集氧气从空气环境,转移到肺部的血液,血液流动和运输外围的细胞放电达到的线粒体扩散。氧气的转移涉及到几个线粒体结构和不同的传输方式。它开始于通风的肺,通过对流或质量流量的空气通过一个巧妙的分支系统的航空公司。在最外围航空公司、通风的肺泡完成扩散在空气中氧气的肺泡表面。从肺泡氧气的转移空气到毛细管血液发生扩散的组织屏障;它是由肺泡空气和氧气分压不同毛细血液和取决于厚度(约0.5μm[1μm = 0.000039英寸])和表面面积(约130平方米(1400平方英尺)在人类)的障碍。对流运输血液取决于血流量(心输出量)和氧气能力的血液,这是由它的内容的血红蛋白在红细胞。最后一步是氧的扩散放电从毛细血管进入组织和细胞,它是由氧气分压差和取决于数量的毛细管血液的组织。血液在这个过程中起着重要的作用和影响所有运输步骤:肺耗氧量,血液流动,运输和放电细胞。血也作为载体对呼吸气体:氧气,红细胞中的血红蛋白结合,和二氧化碳,它是由血浆和红细胞,也作为缓冲血液和组织的酸碱平衡。

新陈代谢,或者,更准确地说,细胞的代谢率,对氧气的需求。在休息的时候一个人消耗约250毫升(约15立方英寸)的氧气每分钟。锻炼这种速度可以增加超过10倍正常健康的个体,但训练有素的运动员可以获得超过20倍增加。随着越来越多的肌肉细胞成为从事工作,对ATP和氧气的需求增加线性与工作效率。这是伴随着增加心输出量,本质上是由于更高的心率,增加肺的通风;因此,氧气分压的区别在air-blood障碍增加和氧转移扩散增强。这些动态调整肌肉的需求出现了限制两倍的运动员在未经训练的人。这一系列可能的氧化代谢从其他极限运动被称为有氧运动范围。氧气的上限消费不授予肌肉做功的能力,而是能力有限的呼吸系统提供或利用氧气以更高的速度。肌肉可以做更多的工作,但超出有氧他们必须回到厌氧代谢,主要是与废物的结果乳酸、积累和限制工作的持续时间。

设定的限制因此氧化代谢呼吸系统的一些特性,从肺到线粒体。精确地知道设置限制是很重要的,对于理解呼吸作为一个关键重要的过程,但它不是直截了当的由于系统的复杂性。已经从比较多生理学和形态根据观察,耗氧率之间的显著差异的物种。例如,体育物种在自然界,如狗或马,有一个有氧范围超过两个相同大小的比其他动物;这就是所谓的自适应变化。然后,耗氧量每单位体重增加动物变得更小,这一个鼠标氧气消耗6倍每克的身体质量牛,一种称为异速生长的变异的特性。此外,有氧范围可以通过培训提高个人,但这诱导变异最多达到50%的未经训练和训练状态,远低于种间差异。

在有氧范围内的调整是由于功能变化。例如,心输出量的增加心率。越来越多的证据表明,限制氧化代谢相关结构设计系统的功能。线粒体的总量骨骼肌是严格与最大耗氧量成正比,在所有类型的变化。在训练中,线粒体增加增强有氧的比例范围。线粒体对氧的需求,他们似乎可以消费5毫升每分钟(0.3立方英寸)的氧气和克线粒体。如果能量(ATP)需要以更高的速度生产,肌肉细胞制造更多的线粒体。因此,耗氧量是有限的在外围,在最后一步的有氧代谢。但也有可能更多的中央部分的呼吸系统可能将限制设置为氧气运输,主要是心脏,其泵血能力达到极限,无论是率和心室的大小,决定了可以注入的血液与每个中风。周边与中央限制的问题仍在争论。然而,似乎肺gas-exchanging器官已经足够了冗余它不限制有氧代谢耗氧量。但是,而线粒体,血液,血管,心可以增加数量,或者体积,增加他们的能力当能源需求增加,如培训、肺缺乏这种能力去适应。如果这证明真的,肺可能构成呼吸系统的极限,超过此氧化代谢不能增加培训。