วารสาร

วิธีคำนวณ VO₂ และ VCO₂ จากข้อมูลการหายใจ

VO₂ แสดงปริมาณออกซิเจนที่ร่างกายใช้ ส่วน VCO₂ แสดงปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ร่างกายสร้างขึ้น คู่มือนี้อธิบายวิธีวัด สมการ และการตรวจสอบที่จำเป็นในการคำนวณทั้งสองค่า

VO₂ และ VCO₂ หมายถึงอะไร

VO₂ คือปริมาตรออกซิเจนที่ร่างกายรับไปใช้ในช่วงเวลาหนึ่ง ส่วน VCO₂ คือปริมาตรคาร์บอนไดออกไซด์ที่ร่างกายปล่อยออกมาในช่วงเวลาเดียวกัน โดยทั่วไปจะแสดงเป็นลิตรต่อนาทีหรือมิลลิลิตรต่อนาที

การคำนวณค่าเหล่านี้ให้แม่นยำจากบันทึกอาหารเพียงอย่างเดียวทำไม่ได้ โดยปกติจะวัดปริมาณอากาศที่หายใจเข้าออก รวมถึงสัดส่วนของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ วิธีนี้เรียกว่าแคลอริเมทรีทางอ้อม เพราะเป็นการประเมินการใช้พลังงานจากการแลกเปลี่ยนก๊าซ

  • VO₂: ปริมาณออกซิเจนที่ใช้ต่อนาที
  • VCO₂: ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่สร้างต่อนาที
  • VI: ปริมาตรอากาศที่หายใจเข้าต่อนาที
  • VE: ปริมาตรอากาศที่หายใจออกต่อนาที
  • F: สัดส่วนของก๊าซชนิดใดชนิดหนึ่งในอากาศ

ค่าที่ต้องใช้ในการคำนวณ

การคำนวณต้องใช้ค่าการไหลของอากาศขณะหายใจเข้าและออก รวมถึงสัดส่วนของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศแต่ละส่วน สัดส่วนของก๊าซเขียนเป็นเลขทศนิยม ดังนั้นหากค่าที่อ่านได้อยู่ในรูปเปอร์เซ็นต์ ต้องหารด้วย 100 ก่อนนำไปใส่ในสมการ ค่าการไหลของอากาศทุกค่าต้องครอบคลุมช่วงเวลาเดียวกัน

ปริมาตรก๊าซเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ความดัน และไอน้ำ ดังนั้นก่อนนำมาเปรียบเทียบ ต้องปรับปริมาตรอากาศขณะหายใจเข้าและออกให้อยู่ภายใต้เงื่อนไขอ้างอิงเดียวกัน ในทางปฏิบัติ ระบบวัดที่ตั้งค่าอย่างเหมาะสมมักปรับแก้ส่วนนี้ให้ระหว่างประมวลผล

  • VI และ VE มีหน่วยเป็นลิตรต่อนาที
  • สัดส่วนออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้า เขียนเป็น FIO₂
  • สัดส่วนออกซิเจนในอากาศที่หายใจออก เขียนเป็น FEO₂
  • สัดส่วนคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศที่หายใจเข้า เขียนเป็น FICO₂
  • สัดส่วนคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศที่หายใจออก เขียนเป็น FECO₂

คำนวณการไหลของอากาศขณะหายใจเข้า

ระบบแบบวงจรเปิดหลายชนิดวัดการไหลของอากาศขณะหายใจออกโดยตรง แต่ไม่ได้วัดการไหลขณะหายใจเข้าในลักษณะเดียวกัน จึงอาจประมาณปริมาตรอากาศขณะหายใจเข้าโดยตั้งสมมติฐานว่าปริมาณไนโตรเจนที่เข้าสู่และออกจากร่างกายไม่เปลี่ยนแปลง วิธีนี้เรียกว่าการแปลงแบบฮัลเดน (Haldane transformation)

ขั้นแรก ให้คำนวณสัดส่วนไนโตรเจนด้วยการนำสัดส่วนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์มาลบออกจาก 1 จากนั้นคำนวณปริมาตรอากาศขณะหายใจเข้าโดยใช้สมการ VI = VE × (1 − FEO₂ − FECO₂) ÷ (1 − FIO₂ − FICO₂) ใช้สัดส่วนก๊าซทุกค่าเป็นเลขทศนิยม และอย่าปัดเศษระหว่างขั้นตอน

  • หาสัดส่วนไนโตรเจนขณะหายใจออก: 1 − FEO₂ − FECO₂
  • หาสัดส่วนไนโตรเจนขณะหายใจเข้า: 1 − FIO₂ − FICO₂
  • นำสัดส่วนขณะหายใจออกหารด้วยสัดส่วนขณะหายใจเข้า
  • นำผลลัพธ์คูณด้วย VE เพื่อหา VI

คำนวณ VO₂ และ VCO₂

เมื่อได้ค่า VI และ VE ที่อยู่ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันแล้ว สามารถคำนวณการรับออกซิเจนได้ด้วยสมการ VO₂ = (VI × FIO₂) − (VE × FEO₂) ส่วนการสร้างคาร์บอนไดออกไซด์คำนวณได้ด้วยสมการ VCO₂ = (VE × FECO₂) − (VI × FICO₂) หากใส่ค่าการไหลของอากาศเป็นลิตรต่อนาที ผลลัพธ์ทั้งสองค่าก็จะมีหน่วยเป็นลิตรต่อนาทีเช่นกัน

ค่าคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศที่หายใจเข้าอาจมีขนาดเล็กมาก แต่ไม่ควรตัดออก เว้นแต่วิธีคำนวณนั้นระบุให้ถือว่าค่านี้ไม่มีนัยสำคัญ การคงค่าที่วัดได้ไว้จะทำให้สมการสอดคล้องกัน ใช้สัดส่วนก๊าซที่ยังไม่ปัดเศษตลอดการคำนวณ และปัดเศษเฉพาะผลลัพธ์สุดท้ายให้มีจำนวนตำแหน่งทศนิยมที่เหมาะสม

  • คำนวณ VI หากไม่ได้วัดโดยตรง
  • นำค่าการไหลของอากาศแต่ละค่าคูณด้วยสัดส่วนก๊าซที่ตรงกัน
  • นำค่าออกซิเจนขณะหายใจออกลบออกจากค่าออกซิเจนขณะหายใจเข้า เพื่อหา VO₂
  • นำค่าคาร์บอนไดออกไซด์ขณะหายใจเข้าลบออกจากค่าขณะหายใจออก เพื่อหา VCO₂
  • ตรวจสอบว่าผลลัพธ์ทั้งสองใช้หน่วยและช่วงเวลาเดียวกัน

แปลงหน่วยและเปรียบเทียบผลลัพธ์

ค่าในหน่วยลิตรต่อนาทีแปลงเป็นมิลลิลิตรต่อนาทีได้โดยคูณด้วย 1,000 หากต้องการแสดง VO₂ เทียบกับมวลร่างกาย ให้นำค่าลิตรต่อนาทีคูณด้วย 1,000 แล้วหารด้วยมวลร่างกายเป็นกิโลกรัม ผลลัพธ์จะมีหน่วยเป็นมิลลิลิตรต่อกิโลกรัมต่อนาที

ค่าที่เทียบกับมวลร่างกายช่วยให้เปรียบเทียบการวัดในคนที่มีขนาดร่างกายต่างกันได้ แต่การคำนวณนี้ไม่ได้อธิบายความแตกต่างของผลลัพธ์ทั้งหมด ความหนักของการเคลื่อนไหว รูปแบบการหายใจ การกินอาหารเมื่อไม่นานมานี้ และความคงที่ของค่าที่วัด ล้วนส่งผลต่อตัวเลขได้ ควรเปรียบเทียบค่าที่วัดได้เฉพาะเมื่อเงื่อนไขการวัดใกล้เคียงกันพอสมควร

  • ลิตร/นาทีเป็นมิลลิลิตร/นาที: คูณด้วย 1,000
  • VO₂ เทียบกับมวลร่างกาย: VO₂ หน่วยลิตร/นาที × 1,000 ÷ มวลร่างกายหน่วยกิโลกรัม
  • บันทึกว่าค่าที่วัดได้มาจากช่วงพักหรือช่วงเคลื่อนไหว
  • ใช้หน่วยเดียวกันเสมอเมื่อเปรียบเทียบแต่ละครั้ง

ใช้ VCO₂ ควบคู่กับการบันทึกอาหาร

เมื่อนำ VCO₂ หารด้วย VO₂ จะได้อัตราส่วนการแลกเปลี่ยนก๊าซทางการหายใจ ซึ่งมักเรียกสั้น ๆ ว่า RER อัตราส่วนนี้สะท้อนส่วนผสมของคาร์โบไฮเดรตและไขมันที่ร่างกายกำลังใช้ในขณะนั้น แต่ไม่ได้บอกโดยตรงว่าเพิ่งกินอาหารอะไรไป การออกแรงหนัก ความหนักที่เปลี่ยนไป และรูปแบบการหายใจที่ยังไม่คงที่ อาจทำให้ตีความค่าที่วัดในช่วงสั้น ๆ ได้ยากขึ้น

การบันทึกอาหารแสดงพลังงานและสารอาหารที่กินเข้าไป ส่วน VO₂ และ VCO₂ แสดงการแลกเปลี่ยนก๊าซในช่วงที่ทำการวัด โปรตีนและคาร์โบไฮเดรตให้พลังงานประมาณ 4 kcal ต่อกรัม ส่วนไขมันให้ประมาณ 9 kcal ต่อกรัม แต่ค่ามาตรฐานเหล่านี้ใช้คำนวณย้อนกลับเพื่อหาผลการแลกเปลี่ยนก๊าซที่แม่นยำไม่ได้ ให้มองการคำนวณจากลมหายใจและบันทึกอาหารเป็นข้อมูลประกอบที่เกี่ยวข้องกัน แต่ใช้แทนกันไม่ได้

  • คำนวณ RER ด้วย VCO₂ ÷ VO₂
  • ใช้ค่าที่วัดในช่วงเวลาเดียวกัน
  • เลือกค่าที่วัดได้อย่างคงที่ แทนการใช้ลมหายใจที่ผิดปกติเพียงครั้งเดียว
  • จดบันทึกการกินและการเคลื่อนไหวก่อนหน้าไว้ประกอบการพิจารณาผลลัพธ์

บทความอื่น ๆ ในวารสาร