Hoofdstuk 8
Chapter objectives
- Define direct calorimetry, indirect calorimetry, closed-circuit spirometry, and open-circuit spirometry.
- Diagram the closed-circuit spirometry system for oxygen consumption determinations.
- Describe portable spirometry, bag technique, and computerized instrumentation systems of open-circuit
spirometry.
- Outline the basics of the micro-Scholander and Haldane techniques to chemically analyze expired air
samples.
- Discuss how the doubly labeled water technique estimates human energy expenditure and give
advantages and limitations of the method.
- Define respiratory quotient (RQ), and discuss its use to quantify energy release in metabolism and the
composition of the food mixture metabolized during rest and steady-rate physical activity.
- Discuss the difference between RQ and respiratory exchange ratio (RER) and factors that affect each.
Dikgedrukte woorden:
Calorimetry: het meten van de warmte verplaatsing.
(directe calorimetry) →
Airflow calorimeter: temperatuurveranderingen in de lucht waarmee wordt gerekend bepaald de warmte
productie
Water flow calorimeter: zelfde als hierboven maar dan worden temperatuurveranderingen in het water
gemeten.
Gradient layer calorimetry: meet lichaamswarmte door verschillende lagen van isolerend materiaal.
Calorific value for oxygen: er komt ongeveer 4.82 kcal energie vrij bij een gevarieerd dieet van koolhydraten,
vetten en eiwitten en 1L zuurstof.
(indirect calorimetry)
Closed-circuit spirometry: hierbij wordt de uitgeademede zuurstof gemeten nadat er alleen zuurstof is
ingeademd uit een gesloten en dus gecontroleerde spirometer. Met dit verschil kan je de verbranding meten.
Open-circuit spirometry: hierbij wordt omgevingslucht ingeademd. De verandering in percentages O2 en CO2
in uitgeademde lucht vergeleken met het percentage ingeademde lucht reflecteert indirect op het proces van
energie metabolisme.
Micro-Scholander technique: meet zuurstof en CO2 concentratie in uitgeademde lucht op een nauwkeurigheid
van +- 0.015 mL per 100mL of gas.
Haldane method: gebruikt een groter luchtmonster en heeft 10 tot 15 minuten nodig voor een complete analyse.
Doubly labeled water: water met een bepaalde concentratie van een zwaar, niet radioactief stabiele isotoop
water: 2H. Dit heeft 5 uur nodig om zicht te verdelen door het hele lichaam.
Respiratory Quotient (RQ): verklaart de ratio van metabolisch gas uitwisseling in de longen als volgt: RQ =
CO2 produced / O2 consumed. Het geeft weer welke voedingsstoffen zijn gebruikt om energie te vormen.
RQ voor koolhydraten → voor de complete oxidatie van een glucose molecuul vereist 6 zuurstof moleculen en
vormt 6 koolstof en water moleculen: C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6H2O. RQ = 6COO2 = 1.00
RQ voor vet → vet verschilt van koolhydraten omdat het meer waterstof en koolstof bevat dan zuurstof. Dus is
er meer zuurstof dan koolstof nodig voor de afbraak van vet: C16H32O2 + 23 O2 → 16CO2 + 16H2O. RQ = 16CO2
/ 23O2 = 0.696
RQ voor eiwitten: eiwitten gaan eerst naar de lever en worden er onderdelen van uitgescheiden. Het laatste deel
oxideerd tot water en zorgt voor energie in het biologische werk. Ook hier is meer zuurstof dan koolstof nodig
voor de afbraak: C72H112N2O22S + 77 O2 → 63CO2 + 38H2O + SO3 + 9CO(NH2)2. RQ = 63COO2 = 0.818
Nonprotein RQ: het deel van de ademhaling uitwisseling dat wordt toegeschreven aan alleen vetten en
koolhydraten en dus niet de eiwitten.
Respiratory exchange ratio (RER): de ratio van koolstofdioxide geproduceerd tot zuurstof gemeten op
ademhalings niveau ipv cellulair.
,Relevante figuren en zinnen:
Voor alle vormen van menselijk energie gebruik zijn we afhankelijk van het gebruik van zuurstof.
blz (zie onderaan) 244 en 245 en 249 bekijken voor formules
Ga voor de meeste gevallen uit van een RQ van 0.82 (metabolsime van een combinatie van 40% koolhydraten
en 60% vet en pas de calorie equivalent van 4.825 kcal per liter zuurstof toe voor energie transformatie.)
Summary:
1. Direct calorimetry and indirect calorimetry represent two methods to determine human energy
expenditure.
2. Direct calorimetry measures heat production in an appropriately insulated calorimeter. Indirect
calorimetry infers energy expenditure from oxygen consumption and carbon dioxide production, using
either closed-circuit spirometry or open-circuit spirometry.
3. The doubly labeled water technique estimates energy expenditure in free-living conditions without the
normal constraints imposed by laboratory procedures. It serves as a “gold standard” to validate other
long-term energy expenditure estimates.
4. The complete oxidation of each macronutrient requires a different quantity of oxygen consumption for
comparable carbon dioxide production. The ratio of carbon dioxide produced to oxygen consumed, the
respiratory quotient (RQ), quantifies the macronutrient mixture catabolized for energy.
5. The RQ averages 1.00 for carbohydrate, 0.70 for fat, and 0.82 for protein.
6. For each RQ, a corresponding caloric value exists per liter of oxygen consumed. The RQ–kcal
relationship can accurately determine energy expenditure during physical activity.
7. The respiratory exchange ratio (RER) reflects the pulmonary exchange of carbon dioxide and oxygen
under differing physiologic and metabolic conditions; RER does not fully mirror the gas exchange of
the macronutrient mixture catabolized.
Hoofdstuk 9
Chapter objectives
- Define basal metabolic rate and list three factors that affect it.
- Discuss three factors that affect total daily energy expenditure.
- Outline two classification systems to rate the relative strenuousness of physical activity.
- Explain the role of body weight in calculating the energy cost of diverse physical activities.
- Present the rationale including advantages and limitations of heart rate to estimate energy expenditure
of physical activities.
Dikgedrukte woorden:
Metabolism: de totale som van alle chemische reacties in het lichaam die energie produceren of die worden
gebruikt om het lichaam te laten functioneren.
,Anabolism: het deel van het metabolisme dat energie gebruikt om grotere, complexere moleculen op te bouwen
uit kleinere eenheden, zoals de opbouw van spieren, botten, en andere weefsels.
Katabolisme: het deel van het metabolisme dat energie vrijmaakt door grote moleculen af te breken in kleinere
eenheden, zoals de afbraak van voedsel in energie en afvalstoffen.
Total daily energy expenditure (TDEE): BMR x de oppervlakte van lengte en massa.
Basal metabolic rate (BMR): de minimale energie die een lichaam nodig heeft om de vitale functies gaande te
houden.
Resting metabolic rate (RMR): gemeten 3-4 uur na een lichte maaltijd zonder daarvoor gesport te hebben.
Diet induced thermogenesis (DIT): bestaat uit twee onderdelen.
- Obligatory thermogenesis: dit resulteert uit energie die nodig is om voedingsstoffen op te nemen, te
verwerken en te assimileren.
- Facultative thermogenesis: verwijst naar de activatie van het sympathische zenuwstelsel en de stimulerende
invloed ervan op het zenuwstelsel.
Relevante figuren of tekst:
zie formule op blz 259, 260
Samenvatting:
1. Total daily energy expenditure equals the sum of resting metabolism, thermogenic influences (e.g.,
thermic effect of food), and the energy generated in physical activity.
2. The BMR represents the minimum energy required to maintain vital functions in the waking state
measured under controlled laboratory conditions. The BMR averages only slightly lower than the
resting metabolic rate (RMR) and relates closely to body surface area (BSA).
3. RMR, as does BMR, decreases with age from variations in fat-free body mass (FFM). The RMR for
men generally exceeds values for women of similar body size. One can accurately predict RMR from
FFM in men and women who vary considerably in body size.
4. Different organs expend different amounts of energy during rest and physical activity. At rest, muscles
generate about 20% of the body’s total energy expenditure. During all-out effort, the energy expended
by skeletal muscles can increase more than 100 times above its resting value to account for nearly 85%
of the total energy expenditure.
5. Five major factors affect a person’s metabolic rate: physical activity, diet-induced thermogenesis,
calorigenic effect of food on exercise metabolism, climate, and pregnancy, with physical activity
exerting the greatest effect.
Vervolg:
Dikgedrukt:
Physical activity ratio (PAR): het classificeren van werk door de mate van energie die de taak vergt en de
rust-energie behoefte.
Light work: hierbij wordt 3x meer zuurstof gebruikt dan tijdens rust.
Heavy work: fysieke activiteit waarbij 6 tot 8x meer dan het rustmetabolisme wordt gebruikt.
Maximal work: elke taak waarbij het metabolisme stijgt tot 9x of meer boven rust.
, MET’s: dit is het aantal keer rust metabolisme dat nodig is bij een activiteit. Eén MET staat gelijk als een rust
zuurstof consumptie van 250mL min-1 voor een man en 200 voor vrouw.
Samenvatting:
1. Different classification systems rate the strenuousness of physical activities. These include ratings
based on three factors: ratio of the energy cost of the task to the resting energy requirement, oxygen
requirement in mL∙kg-1 ∙min-1, or multiples of resting metabolism as METs.
2. Total daily energy expenditure averages 2900 kcal for men and 2200 kcal for women ages 19 to 50
years.
3. Considerable variability among individuals exists for daily energy expenditure, with the largest
variation determined by the intensity level of the physical activity.
4. Daily energy expenditure provides a framework to classify different occupations. Within any
classification, energy expended during leisure-time recreational pursuits contributes considerable
additional variability.
5. Heavier individuals expend more total energy in physical activity than lighter counterparts, particularly
in weight-bearing walking, climbing, and running activities.
6. Heart rate offers only limited practical benefit to predict oxygen consumption and caloric expenditure
for most physical activities.
Hoofdstuk 12
Chapter objectives
- Diagram the ventilatory system—label the glottis, trachea, bronchi, bronchioles, and alveoli;
- Describe the ventilatory system’s conducting zone and the transitional and respiratory zones;
- Discuss the mechanical and muscular aspects of inspiration and expiration during rest and physical
activity;
- Define and quantify static and dynamic lung function measures and their relation to physical
performance;
- Define minute ventilation, alveolar ventilation, ventilation–perfusion ratio, and anatomic and
physiologic dead space;
- Discuss the contributions of breathing rate and tidal volume to minute ventilation and alveolar minute
ventilation at rest and during physical activity;
- Discuss factors that account for variations in ventilation–perfusion ratio among healthy individuals and
those with pulmonary limitations, and why this ratio varies within different lung areas
- Explain the four phases of the Valsalva and discuss the physiologic consequences of this maneuver
- Describe the effects of cold-weather exercise on the respiratory tract
Dikgedrukte woorden
Ventilatory system: reguleert de gasvormige toestand van de "externe" long omgeving van het lichaam
om lichaamsvloeistoffen effectief te beluchten.
Pulmonary ventilation: het proces van het verplaatsen en wisselen van de omgevingslucht en de lucht in de
longen.
Trachea: luchtpijp
Bronchi: de grote eerste generatie van luchtwegen die primair dienen als kanalen richting de longen.
Bronchioles: dit is wanneer de bronchi zich verder verdelen. Dit verdeeld ingeademde lucht door smalle
kronkelende kanalen totdat het uiteindelijk mengt met de al bestaande lucht in de longblaasjes kanalen.
Gas exchange surface: scheidt bloed van de omgevings longblaasjes gasvormige omgeving.
Alveoli: (longblaasjes) de laatste vertakking van de ademhaling boom. Het zijn elastische dunwandige
membraanzakjes van 0.3 mm dik. Ze zijn samengesteld uit eenvoudige plaveiselepitheelcellen en vormen het
vitale oppervlak voor gasuitwisseling tussen longweefsel en bloed. Ze ontvangen het meeste bloed van alle
organen. Gassen kunnen door deze wand heen diffuseren.
