Gasutbyte är utbytet av gaser mellan kroppen och miljön. Syre kommer kontinuerligt in i kroppen från miljön , som konsumeras av alla celler, organ och vävnader; koldioxiden som bildas i den och en obetydlig mängd andra gasformiga metabolismprodukter utsöndras från kroppen . Gasutbyte är nödvändigt för nästan alla organismer; utan det är en normal metabolism och energimetabolism, och följaktligen livet självt, omöjligt.
Syre som kommer in i vävnader används för att oxidera produkter som är resultatet av en lång kedja av kemiska omvandlingar av kolhydrater , fetter och proteiner . Detta producerar CO 2 , vatten, kvävehaltiga föreningar och frigör energi som används för att hålla kroppstemperaturen och utföra arbete. Mängden CO 2 som bildas i kroppen och så småningom frigörs från den beror inte bara på mängden O 2 som konsumeras , utan också på det som till övervägande del oxideras: kolhydrater, fetter eller proteiner. Förhållandet mellan CO 2 som avlägsnas från kroppen och O 2 som absorberas samtidigt kallas andningskoefficienten , som är cirka 0,7 för fettoxidation, 0,8 för proteinoxidation och 1,0 för kolhydratoxidation. Mängden energi som frigörs per 1 liter förbrukad O 2 (kaloriekvivalent syre) är 20,9 kJ (5 kcal) för kolhydratoxidation och 19,7 kJ (4,7 kcal) för fettoxidation. Enligt förbrukningen av O 2 per tidsenhet och andningskoefficienten kan du beräkna mängden energi som frigörs i kroppen.
Gasutbytet (respektive energiförbrukningen) hos poikilotermiska djur (kallblodiga djur) minskar med en minskning av kroppstemperaturen. Samma förhållande hittades hos homoiotermiska djur (varmblodiga) när termoregleringen är avstängd (under förhållanden med naturlig eller artificiell hypotermi ); med en ökning av kroppstemperaturen (med överhettning, vissa sjukdomar), ökar gasutbytet.
Med en minskning av omgivningstemperaturen ökar gasutbytet hos varmblodiga djur (särskilt hos små) som ett resultat av en ökning av värmeproduktionen. Den ökar också efter att ha ätit mat, särskilt rik på proteiner (den så kallade specifika dynamiska effekten av mat). Gasutbytet når sina högsta värden under muskelaktivitet. Hos människor, när man arbetar med måttlig kraft, ökar den, efter 3-6 minuter. efter att den startar når den en viss nivå och förblir sedan på denna nivå under hela arbetstiden. Vid arbete med hög effekt ökar gasutbytet kontinuerligt; kort efter att den maximala nivån för en given person uppnåtts (maximalt aerobt arbete) måste arbetet avbrytas, eftersom kroppens behov av O 2 överstiger denna nivå. I den första tiden efter avslutat arbete upprätthålls en ökad förbrukning av O 2 , som används för att täcka syreskulden, det vill säga för att oxidera de ämnesomsättningsprodukter som bildas under arbetet. O 2 -förbrukningen kan öka från 200–300 ml/min. i vila upp till 2000-3000 under arbete, och hos vältränade idrottare - upp till 5000 ml / min. På motsvarande sätt ökar CO 2 -utsläppen och energiförbrukningen; samtidigt sker förändringar i andningskoefficienten i samband med förändringar i ämnesomsättning, syra-basbalans och lungventilation.
Beräkningen av den totala dagliga energiförbrukningen hos personer med olika yrken och livsstilar, baserat på definitionerna av gasutbyte, är viktig för näringsransoneringen. Studier av förändringar i gasutbyte under vanligt fysiskt arbete används i fysiologi för arbete och idrott, på kliniken för att bedöma det funktionella tillståndet hos system som är involverade i gasutbyte.
Den relativa konstantheten av gasutbytet med betydande förändringar i partialtrycket av O 2 i miljön, störningar i andningssystemet , etc. tillhandahålls av adaptiva ( kompensatoriska ) reaktioner hos system involverade i gasutbyte och reglerade av nervsystemet .
Hos människor och djur är det vanligt att studera gasutbyte under förhållanden av fullständig vila, på fastande mage, vid en behaglig omgivningstemperatur (18–22 °C). Mängden O 2 som förbrukas i detta fall och den frigjorda energin kännetecknar basalmetabolismen . För studien används metoder baserade på principen om ett öppet eller slutet system. I det första fallet bestäms mängden utandningsluft och dess sammansättning (med hjälp av kemiska eller fysikaliska gasanalysatorer), vilket gör det möjligt att beräkna mängden O 2 som förbrukas och CO 2 som släpps ut . I det andra fallet sker andningen i ett slutet system (hermetisk kammare eller från en spirograf ansluten till andningsvägarna), där den avgivna CO 2 absorberas, och mängden O 2 som förbrukas från systemet bestäms antingen genom att mäta en lika stor mängd O 2 kommer automatiskt in i systemet , eller genom att minska systemet.
Gasutbyte hos människor sker i alveolerna i lungorna och i kroppens vävnader.