HKL Energiomsætning Flashcards
En normal mand på 70 kg har i hvile en rumtemperatur på 22 grader en iltoptagelseshastighed på 256 ml (STPD/min) og en ventilatorisk udvekslingskvotient/R på 0,9
Legemstemperatur er på 37 grader
Han gennemfører nu over 30 minutter et muskelarbejde på 100 W og får en rumtemperaturstigning på 37,5 grader, iltoptagelseshastigheden øges til 1,5 L/min, medens R fortsat er 0,9 under muskelarbejde.
Hudtemperatur findes uforandret i forhold til før muskelarbejdet.
Beregn nyttevirkning ved muskelarbejde
Eksternt arbejde omregnes fra watt til kJ/min:
100 W = 100 J/s * 60 s/min = 6000 J/m
= 6,0 kJ/min
Total energiforbrug beregnes ved iltoptagelses-hastighed gange kalorisk ækvivalent (R):
1,5 L O2/min * 20 kJ/min = 30, 0 kJ/min
Hvile energiforbrug beregnes på samme måde:
0,256 L O2/min * 20 kJ/min = 5,1 kJ/min
Tilført arbejde er total minus hvile:
30,0 kJ/min - 5,1 kJ/min = 24,9 kJ/min
Nyttevirkning beregnes ekstern arbejde divideret med tilført arbejde til procent:
((6 kJ/min) / (24,9 kJ/min)) * 100 = 24%
En normal mand på 70 kg har i hvile en rumtemperatur på 22 grader en iltoptagelseshastighed på 256 ml (STPD/min) og en ventilatorisk udvekslingskvotient/R på 0,9
Legemstemperatur er på 37 grader
Han gennemfører nu over 30 minutter et muskelarbejde på 100 W og får en rumtemperaturstigning på 37,5 grader, iltoptagelseshastigheden øges til 1,5 L/min, medens R fortsat er 0,9 under muskelarbejde.
Hudtemperatur findes uforandret i forhold til før muskelarbejdet.
Beregn varmeproduktion ved muskelarbejde
Energi akkumuleret i kroppen (s. 18):
(3,5 kJ/grad*kg) * 70 kg * 0,5 grad = 122,5 kJ
Varmedeponering foregik over 30 min:
122,5 kJ / 30 min = 4,1 kJ/min
24,9 kJ/min samles under arbejdet
6 kJ/min (100 W) udgjorde selve arbejdet
4,1 kJ/min akkumulerede i kroppen
24,0 kJ/min - 6 kJ/min - 4,1 kJ/min = 14,8 kJ/min
Denne energi vil blive bortskaffet hovedsageligt ved ventilation og fordampning fra lunger og hud
En rask kvinde på 65 kg har i hvile en iltoptagelseshastighed på 230 ml (STPD)/min og en kuldioxidafgivelse på 212 ml (STPD)/min
1) Beregn energiomsætningshastigheden
Kvinden gennemfører 30 minutters muskelarbejde med belastning på 100 W.
Iltoptagelseshastigheden øges til 1,6 L/min, mens RER er uændret
2) Beregn nyttevirkningen ved muskelarbejdet
Under muskelarbejde stiger kernetemperatur fra 37 grader til 38 grader med uforandret hudtemperatur
3) Benævn mekanismer der afskaffer varmen
1)
Først beregnes RER/R:
V CO2 / V O2 = 212 / 230 = 0, 92
R er >0,90 og derfor antages den kaloriske ækvivalent til at være 20,5 kJ / O2 L
Energiomsætningshastigheden beregnes:
0,230 L O2/min * 20,5 kJ/ O2 L = 4,72 kJ/min
2)
Eksternt arbejde omregnes fra watt til kJ/min:
100 watt = 100 J/s * 60 s/min = 6000 J/min
= 6,0 kJ/min
Total energiforbrug beregnes:
1,6 L/min * 20,5 kJ/L= 32,80 kJ/min
Tilført arbejde:
32,80 kJ/min - 4,72 kJ/min = 28,08 kJ/min
Nyttevirkning:
(6 kJ/min)/(28,08 kJ/min) * 100 = 21,4%
3)
Fordampning af sved er den primære metode til afskaffelse af varme, efterfulgt af fordampning via lungerne
Strålevarme er uforandret
Konduktiv varmetab er ubetydelig
Konvektiv varmetab er ubetydelig i denne sammenhæng, da arbejdet foregå stillesiddende indenfor (ingen vind)
En let fastende person indtager tre forskellige måltider
P(B) = 760 mm Hg
Temperatur = 22 C
Basis kulhydrat måltid:
- V(E) = 5,6 L/min
- Iltfraktion = 0,16
Beregn energiomsætning i basis
Antages at V(E) = V(I), da RQ/RER er 1,0 og da der snakkes om en glukose baseret kost, hvor O2 og CO2 forbrug er ens
1)
Omregn ventilation fra ATPS til STPD:
V(STPD)
= (5,6 L/min) * (760 mm Hg - 20) / 273 +22
= 5,05 L/min
Iltoptagelseshastighed
= 5,05 L/min * (0,2093 - 0,16) = 0,249 L/min
Energiomsætningshastighed:
= 0,249 L/min * 5,02 kcal/L = 1,25 kcal/min
En let fastende person indtager tre forskellige måltider
P(B) = 760 mm Hg
Temperatur = 22 C
Skyr måltid:
(0,2 fedt / 11% protein / 3,5% kulhydrat)
- Opsamlet luft (4 timer) = 1548 L
- Iltfraktion = 0,160
Beregn DIT
DIT/diætinducerede termogenese er den energi som bruges på omsætning af fødeemnet
V(E) = 6,45 L/min
Omregn ventilation fra ATPS til STPD:
V(STPD) = 5,81 L/min
Iltoptagelseshastighed
= 5,81 L/min * (0,2093 - 0,16) = 0,286 L/min
Energiomsætningshastighed:
= 0,286 L/min * 5,02 kcal/L = 1,44 kcal/min
Forskel i iltoptagelse før og efter:
0,286 - 0,249 = 0,037 L/min
0,037 L/min * 60 min/time * 4 timer = 8,88 L O2
8,88 O2 L er ekstra mængde ilt brugt til omsætning
Ekstra energi optaget:
8,88 L * 5,02 kcal/L = 44,6 kcal
Energi i 300 g:
- Fedt 0,2% * 300 g = 0,6 g
- Protein 11% * 300 g = 33 g
- Kulhydrat 3,5% * 300 g = 10,5 g
Kalorie indhold:
- Fedt 0,6 g * 9 kcal/g = 5,4 kcal
- Protein 33 g * 4 kcal/g = 132 kcal
- Kulhydrat 10,5 * 4 kcal/g = 42 kcal
- Total = 179,4 kcal’
DIT = (44,6 kcal/179,4 kcal) * 100 = 24,9 %
En let fastende person indtager tre forskellige måltider
P(B) = 760 mm Hg
Temperatur = 22 C
Hvidt brød måltid:
(120 g kulhydrat / 13 g smørfedt)
- Opsamlet luft (5 timer) = 1890 L
- Iltfraktion = 0,162
Beregn DIT
V(E) = 6,3 L/min
Omregn ventilation fra ATPS til STPD:
V(STPD) = 5,68
Iltoptagelseshastighed
= 5,68 L/min * (0,2093 - 0,162) = 0,275 L/min
Energiomsætningshastighed:
= 0,275 L/min * 5,02 kcal/L = 1,38 kcal/min
Forskel i iltoptagelse før og efter:
0,275 - 0,249 = 0,026 L/min
0,026 L/min * 60 min/time * 5 timer = 7,8 L O2
7,8 O2 L er ekstra mængde ilt brugt til omsætning
Ekstra energi optaget:
7.8 L * 5,02 kcal/L = 39,16 kcal
Kalorie indhold:
- Fedt 13 g * 9 kcal/g = 117 kcal
- Kulhydrat 120 g * 4 kcal/g = 480 kcal
- Total = 597 kcal
DIT = (39,16 kcal/597 kcal) * 100 = 6,6 %
Koncentrationer af tre metabolitter blev målt før og efter et trappeløb
ATP: 6 mM –> 5,5 mM
P(i): 2,3 mM –> 22 mM
PCr: 25 mM –> 6 mM
1)
Forklar hvilke(n) processer i musklerne leverer langt størstedelen af den samlede energi til muskelarbejdet
2)
Forklar hvad man også vil måle for at kvantificere musklernes gennemsnitslige ATP omsætning under arbejde
1)
ATP bliver forbrugt i store mængder, men skemaet viser et meget lille fald ATP, hvilket skyldes at ATP dannes næsten lige så hurtigt som ATP forbruges
PCR falder med 19 mM og derfor leverer spaltning af PCR størstedelen af ATP til muskelarbejdet
2)
Den mest aktive stofskiftevej er glykogenolysen efterfulgt af anaerob glykolyse med laktat som slutprodukt. Laktatophobning sænker pH.
Aerob omsætning bidrager begrænset til den totale energiomsætning pga. muskelkontraktion der sænker blodtilførsel til arbejde muskler.
I stedet vil man måle en stigning i laktat koncentrationen og et fald i glykogen koncentrationer, samt et fald i pH.
En person med blandet kost har i hvile en iltoptagelseshastighed på 300 ml STPD/min
Rumtemperaturen er 25 C
Hudtemperaturen er 32 grader
1)
Beregn mængden af varmeproduktion der bortskaffes ved varmestråling
(Varmetab = (0,54 kJ) / (min X grad)
2)
Angiv hvorvidt der er behov for andre måder at bortskaffe varmen på
1)
Forskel i temperatur:
32-25 = 8 C
Varmetab:
7 C * ((0,54 kJ) / (min X grad)) = 3,78 kJ/min
Varmeproduktion m. R ved blandet kost:
0,3 L O2/min * 20 kJ/L O2 = 6,0 kJ/min
Procentdel:
(3,78 / 6,0 ) * 100% = 63%
2)
25 C kan give anledning til svedsekretion, altså fordampning hvor der vil foregå varmetab
Der kan også opstå anledning til varmetab via fordampning gennem lungerne
25 årig mand vejer 75 kg, sund, rask og aktiv tænker på hvor vejet meget CO2 han udleder
Puls er 100 bpm
Kondital er 40 ml O2
Indtaget sukker og fedt inden cykeltur
Beregn CO2 udledning i gram pr. time ud fra rimelige forudsætninger
Iltoptagelse ved submaksimalt arbejde:
Maksimal puls = 220 - alder = 195 /min
Hvile puls = 60/min
Pulsstigning = 100 - hvilepuls = 40/min
Stigning fra hvile til max arbejde
= 195/min - 60/min = 135/min
Maksimal kapacitet/puls/iltoptagelse
= 100% * 40/135 = 30%
Samlet iltoptagelse:
V O2 max = 40 ml/min/kg
40 ml/min/kg * 75 kg = 3000 ml/min = 3 L/min
Hvile iltoptagelse:
Antaget = 250 ml/min = 0,250 L/min
Ændring i iltoptagelse:
3,0 L/min - 0,250 L/min = 2,750 L/min
30% af aktiv iltoptagelse:
2,750 L/min * 30% = 0,825 L O2/min
Samlet iltoptagelse i hvile og under arbejde:
V O2 = 0,825 + 0,250 = 1,075 L O2/min
CO2 udskillelse med R på 0,9:
V CO2 = 0,9 * 1,075 L O2/min = 0,968 L CO2/min
Omregn til g/time:
(0,968 L/min) / 22,4 mol = 0,043 mol/min
0,043 mol/min * 44 g/mol = 1,90 g/min
1,90 g/min * 60 min/time = 114 g CO2/time
25 årig mand vejer 75 kg, sund, rask og aktiv tænker på hvor vejet meget CO2 han udleder
Puls er 100 bpm
Kondital er 40 ml O2
Indtaget sukker og fedt inden cykeltur
Redegør for ændring i iltoptagelse og kuldioxidudskillelse, når han cykler op af en bakke
Pulsen stiger 70%
Pulsstigning:
100/min * 1,70 = 170/min
Submaksimal puls - hvile puls = 110/min
Maksimal puls - hvile puls = 135/min
Procent ændring i puls = 81%
Iltoptagelse:
0,81 * 2,750 L7min = 2,23 L/min
Den øgede belastning vil medfører dannelsen af laktat, så der opstår metabolisk acidose og pH falder, som stimulerer ventilation.
Hyperventilation vil øge iltoptagelsen, men vil i større grad øge CO2 udskillelsen
En person har følgende værdier i arterie
PaCO2 = 20 mm Hg
PaO2 = 122 mm Hg
pH(a) = 7,3
Samme person har følgende værdier i vene
CO2 = 11,2%
O2 = 88,8%
pH = 7,0
P(B) = 760 mm Hg
Temperatur = 37 C
Forholdet mellem pH og log10(P CO2) er lineært
1)
Beregn standard bikarbonat koncentration
2)
Karaktiser syre-base forstyrrelse
1)
Arterie: P CO2 = 20 mm Hg + pH = 7,3
Vene: P CO2 = x mm Hg + pH = 7,0
Standard: P CO2 = 40 mm Hg
Find trykket i vene:
P CO2 = (PB - PH2O) * 0,112
(760 - 47) * 0,112
80 mm Hg
I excelark:
Indsæt værdierne P CO2, pH og log(P CO2)
Skab en ligning: pH = -0,499 * x + 7,948
pH ved standard = 7,15
Henderson-Hasselbalch ligning:
7,15 = 6,1 + log ((HCO3- )/0,031*40
[HCO3-] = 13,9 mmol/L
2)
Lav pH på 7,3 (normal = 7,35-7,45)
Lav P CO2 på 20 (normal = 34-45)
Lav bikarbonat på 13,9 (normal = 22-26)
Metabolisk acidose som delvist kompenseres ved hyperventilation
Rask person på 70 kg cykler i 30 minutter og får en temperaturstigning på 0,5 C
Beregn størrelsen af det ydre arbejde (i watt), idet det antages, at det samlede varmetab udgør 90% af den samlede varmeproduktion
Akkumuleret temperatur:
0,5 C * 70 kg * 3,5 (kJ/C*kg) = 122,5 kJ
Varmetab udgør 90%, derfor er varmeproduktionen de 10% varme der ikke tabes og i stedet akkumuleres i kroppen
Samlet varmeproduktion (100%):
(122,5 kJ * 100%) / 10% = 1225 kJ
Basal EOH er 1 kcal/kg/time
1 kcal/kg/time * 70 kg = 70 kcal/time
70 kcal/time * 4,2 kJ/kcal = 294 kJ/time
294 kJ/time = 145 kJ/ 30 min
Energi til arbejdet:
Varme fra cykelarbejdet - basal EOH
1225 kJ - 145 kJ = 1070 kJ
Nyttevirkningen antages om 20%
Varmeproduktionen udgør så 80%
Øget forbrænding:
(1070 kJ * 100%) / 80% = 1337 kJ
Hvad er så 100% af cykelarbejdet:
(1337 - 1070)/30 min = 267/30 min = 9 kJ/min
Ydre arbejde:
9000 J / 60 s = 150 W
En mand på 90 kg indtager hurtigt en vis mængde alkohol og kører bagefter en tur i sin bil.
Politiet stopper ham og foranstalter blodprøve-tagning 3 timer efter alkoholindtagelse.
1 time efter igen udtages en blodprøve til alkoholmåling.
Blodalkoholkoncentrationen viser i de to blodprøver henholdsvis 0,6 g/L og 0,4 g/L
Beregn hans alkoholomsætningshastighed og kommenter størrelsen af denne i forhold til det normale
Blodprøve 1: 0,6 g/L * 0,68 * 90 kg = 36,72 g
Blodprøve 2: 0,4 g/L * 0,68 Ø 90 kg = 24,48 g
Forskel på de to blodprøver:
36,72 g - 24,48 g = 12,24 g
Alkoholomsætningshastighed:
12,24 g på 1 time = 12,24 g/time
Normal alkoholomsætningshastighed:
0,15 (gkg^-1time^-1) * 0,68 * 90 kg
= 9,18 g/time
Han har en meget høj alkoholomstænings-hastighed
En mand på 90 kg indtager hurtigt en vis mængde alkohol og kører bagefter en tur i sin bil.
Politiet stopper ham og foranstalter blodprøve-tagning 3 timer efter alkoholindtagelse.
1 time efter igen udtages en blodprøve til alkoholmåling.
Blodalkoholkoncentrationen viser i de to blodprøver henholdsvis 0,6 g/L og 0,4 g/L
Blodprøve 1: 0,6 g/L * 0,68 * 90 kg = 36,72 g
Alkoholomsætningshastighed = 12,24 g/time
Beregn hans samlede alkohol indtagelse
Oprindelig alkoholomsætningshastighed:
12,24 g/time * 3 timer = 36,72 g
Oprindelig sammenlagt blodprøve 1:
36,72 g + 36,72 g = 73,44 g
En mand på 90 kg indtager hurtigt en vis mængde alkohol og kører bagefter en tur i sin bil.
Politiet stopper ham og foranstalter blodprøve-tagning 3 timer efter alkoholindtagelse.
1 time efter igen udtages en blodprøve til alkoholmåling.
Blodalkoholkoncentrationen viser i de to blodprøver henholdsvis 0,6 g/L og 0,4 g/L
Beregn iltoptagelses- og kuldioxidsudskillelse hastighed i den omtalte periode, idet alkoholforbrændingen antages at udgøre 85% af hans samlede energiomsætning
Iltoptagelseshastighed:
12,24 g/time * 1,46 L O2/g = 17,87 L O2/time
Kuldioxidudskillelseshastighed:
12,24 g/time * 0,97 L CO2/g = 11,87 L CO2/time
Alkoholforbrændingen udgør kun 85%
Hvad er de resterende 15%
Udgangspunkt i O2 ved glukose forbrænding:
17,87 L O2/time / 0,85 = 21,02 L O2/time
21,02 - 17,87 = 3,15 L O2
RQ er 1,0 og derfor er O2 forbrug og CO2 dannelse lige stor:
11,87 + 3,15 = 15,02 L CO2/time
