كيفية حساب VO₂ وVCO₂ من بيانات التنفس
يصف VO₂ الأكسجين الذي يستخدمه الجسم، بينما يصف VCO₂ ثاني أكسيد الكربون الذي ينتجه. يشرح هذا الدليل القياسات والمعادلات والفحوص اللازمة لحساب القيمتين.
ما المقصود بـ VO₂ وVCO₂
VO₂ هو حجم الأكسجين الذي يمتصه الجسم خلال مدة زمنية. أما VCO₂ فهو حجم ثاني أكسيد الكربون الذي يطرحه خلال المدة نفسها. ويُعبَّر عن القيمتين عادةً باللتر في الدقيقة أو الملليلتر في الدقيقة.
لا يمكن حساب هاتين القيمتين بدقة من سجل الطعام وحده. وعادةً ما تُستخلصان من قياس كمية الهواء المتنفس ونسب الأكسجين وثاني أكسيد الكربون فيه. ويُسمّى هذا النهج قياس السعرات الحرارية غير المباشر، لأنه يستنتج استهلاك الطاقة من تبادل الغازات.
- VO₂: الأكسجين المستخدم في الدقيقة
- VCO₂: ثاني أكسيد الكربون الناتج في الدقيقة
- VI: حجم الهواء المستنشق في الدقيقة
- VE: حجم الهواء الزفير في الدقيقة
- F: نسبة غاز معين في الهواء
القياسات اللازمة للحساب
يتطلب الحساب قياس تدفق الهواء المستنشق والزفير، إلى جانب نسب الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في كل منهما. وتُكتب نسبة الغاز على هيئة عدد عشري، لذا يجب قسمة القراءة المعبّر عنها بنسبة مئوية على 100 قبل إدخالها في المعادلة. كما يجب أن تغطي جميع قيم تدفق الهواء المدة الزمنية نفسها.
يتغير حجم الغاز بتغير درجة الحرارة والضغط وبخار الماء. لذلك ينبغي التعبير عن حجمي الشهيق والزفير وفق الشروط المرجعية نفسها قبل مقارنتهما. وعملياً، تجري أنظمة القياس المضبوطة بشكل صحيح هذه التصحيحات عادةً ضمن عمليات المعالجة.
- VI وVE باللتر في الدقيقة
- نسبة الأكسجين المستنشق، وتُكتب FIO₂
- نسبة الأكسجين في الزفير، وتُكتب FEO₂
- نسبة ثاني أكسيد الكربون المستنشق، وتُكتب FICO₂
- نسبة ثاني أكسيد الكربون في الزفير، وتُكتب FECO₂
حساب تدفق الهواء المستنشق
تقيس أنظمة الدائرة المفتوحة كثيرةٌ تدفق هواء الزفير مباشرةً، لكنها لا تقيس تدفق الهواء المستنشق بالطريقة نفسها. ويمكن عندئذ تقدير حجم الهواء المستنشق بافتراض أن كمية النيتروجين الداخلة إلى الجسم والخارجة منه لا تتغير. وتُعرف هذه الطريقة باسم تحويل هالدين.
احسب أولاً نسبة النيتروجين بطرح نسبتي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من 1. ثم يُحسب حجم الهواء المستنشق وفق المعادلة: VI = VE × (1 − FEO₂ − FECO₂) ÷ (1 − FIO₂ − FICO₂). أبقِ كل نسبة غاز على هيئة عدد عشري، ولا تقرّب الأرقام أثناء الخطوات الوسيطة.
- احسب نسبة النيتروجين في الزفير: 1 − FEO₂ − FECO₂
- احسب نسبة النيتروجين في الشهيق: 1 − FIO₂ − FICO₂
- اقسم نسبة الزفير على نسبة الشهيق
- اضرب الناتج في VE للحصول على VI
حساب VO₂ وVCO₂
بعد الحصول على VI وVE وفق شروط متطابقة، يمكن حساب امتصاص الأكسجين بالمعادلة VO₂ = (VI × FIO₂) − (VE × FEO₂). ويمكن حساب إنتاج ثاني أكسيد الكربون بالمعادلة VCO₂ = (VE × FECO₂) − (VI × FICO₂). إذا أُدخل تدفق الهواء باللتر في الدقيقة، فستكون النتيجتان أيضاً باللتر في الدقيقة.
قد تكون قيمة ثاني أكسيد الكربون المستنشق صغيرة جداً أحياناً، لكن ينبغي عدم حذفها إلا إذا كانت طريقة الحساب تتعامل معها تحديداً على أنها مهملة. فالإبقاء على القيمة المقاسة يحافظ على اتساق المعادلة. استخدم نسب الغازات من دون تقريب طوال الحساب، وقرّب الناتج النهائي فقط إلى عدد مناسب من المنازل العشرية.
- احسب VI إذا لم يُقَس مباشرةً
- اضرب كل قيمة لتدفق الهواء في نسبة الغاز المناظرة لها
- اطرح الأكسجين في الزفير من الأكسجين في الشهيق لإيجاد VO₂
- اطرح ثاني أكسيد الكربون في الشهيق من ثاني أكسيد الكربون في الزفير لإيجاد VCO₂
- تحقق من أن النتيجتين تستخدمان الوحدة والفترة الزمنية نفسيهما
تحويل النتائج ومقارنتها
يمكن تحويل القيمة باللتر في الدقيقة إلى ملليلتر في الدقيقة بضربها في 1,000. وللتعبير عن VO₂ نسبةً إلى كتلة الجسم، اضرب القيمة باللتر في الدقيقة في 1,000 ثم اقسمها على كتلة الجسم بالكيلوغرام. وتُكتب النتيجة بالملليلتر لكل كيلوغرام في الدقيقة.
قد تساعد القيم النسبية في مقارنة القياسات المأخوذة لأشخاص بأحجام أجسام مختلفة، لكن الحساب لا يفسر كل الفروق بين النتائج. فقد تؤثر في القيمة شدة الحركة ونمط التنفس وتناول الطعام مؤخراً ومدى استقرار القراءة. ولا تقارن القراءات إلا عندما تكون ظروف القياس متشابهة إلى حد معقول.
- من لتر/دقيقة إلى ملليلتر/دقيقة: اضرب في 1,000
- VO₂ النسبي: VO₂ باللتر/دقيقة × 1,000 ÷ كتلة الجسم بالكيلوغرام
- سجّل ما إذا كانت القراءة أُخذت في أثناء الراحة أم الحركة
- استخدم الوحدة نفسها عند مقارنة الجلسات
استخدام VCO₂ إلى جانب تتبع الطعام
تعطي قسمة VCO₂ على VO₂ نسبة التبادل التنفسي، التي يُشار إليها غالباً اختصاراً بـ RER. وتعكس هذه النسبة مزيج الكربوهيدرات والدهون الذي يستخدمه الجسم في تلك اللحظة، لكنها لا تكشف مباشرةً عن الطعام الذي أُكل للتو. وقد تجعل المجهود الشديد وتغيّر الشدة وعدم انتظام نمط التنفس تفسير قراءة قصيرة أصعب.
يسجل تتبع الطعام الطاقة والعناصر الغذائية المتناولة، بينما يصف VO₂ وVCO₂ تبادل الغازات خلال فترة القياس. توفر البروتينات والكربوهيدرات نحو 4 kcal لكل غرام، بينما توفر الدهون نحو 9 kcal لكل غرام، لكن لا يمكن استخدام هذه المعاملات النظرية لإعادة بناء نتيجة دقيقة لتبادل الغازات. تعامل مع حساب التنفس وسجل الطعام على أنهما مصدران مترابطان للسياق، لا قياسان يمكن استخدام أحدهما مكان الآخر.
- احسب RER بقسمة VCO₂ على VO₂
- استخدم قيماً مأخوذة خلال الفترة الزمنية نفسها
- ابحث عن قياس مستقر بدلاً من الاعتماد على نفس واحد غير معتاد
- دوّن ما أُكل مؤخراً والحركة عند مراجعة النتيجة