Informacije

6.10.1: Zahtjevi za plinom - Biologija

6.10.1: Zahtjevi za plinom - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ćelije se uzgajaju i održavaju na odgovarajućoj temperaturi i mješavini plina kisika, ugljičnog dioksida i dušika u ćelijskom inkubatoru.

CILJEVI UČENJA

Uporedite različite potrebe za gasom različitih mikroba

Ključne točke

  • Uvjeti kulture uvelike se razlikuju za svaku vrstu ćelije. Varijacije uslova za određeni tip ćelije mogu rezultirati različitim fenotipovima.
  • Kapnofili su mikroorganizmi koji napreduju u prisustvu visokih koncentracija ugljičnog dioksida.
  • Diazotrofi su mikroorganizmi koji fiksiraju atmosferski plin dušik u upotrebljiviji oblik, poput amonijaka.

Ključni uslovi

  • kapnofil: Mikroorganizam koji zahtijeva ili najbolje raste u prisustvu visokih koncentracija ugljičnog dioksida.
  • diazotroph: Mikroorganizam koji može popraviti dušik.

Ćelije se uzgajaju i održavaju na odgovarajućoj temperaturi i mješavini plina (tipično 37 ° C i mješavini kisika, ugljičnog dioksida i dušika) u inkubatoru ćelija. Uslovi kulture se jako razlikuju za svaki tip ćelije. Varijacije uslova za određeni tip ćelije mogu rezultirati različitim fenotipovima.

Kapnofili su mikroorganizmi koji napreduju u prisustvu visokih koncentracija ugljičnog dioksida. Tipično, u ćelijskoj kulturi koncentracija CO2 je oko 5%. Neki kapnofili mogu imati metaboličke potrebe za ugljičnim dioksidom, dok se drugi samo uspješnije takmiče za resurse u ovim uvjetima.

Diazotrofi su mikroorganizmi koji fiksiraju atmosferski plin dušik u upotrebljiviji oblik, poput amonijaka. Diazotrof je organizam koji može rasti bez vanjskih izvora fiksiranog dušika. Neki primjeri slobodnoživućih dijazotrofa uključuju:

1) obvezni anaerobi koji ne podnose kisik čak i ako ne fiksiraju dušik. Žive na staništima s niskim udjelom kisika, poput tla i raspadnute biljne tvari.

2) Fakultativni anaerobi koji mogu rasti sa ili bez kisika, ali fiksiraju dušik samo anaerobno. Često udišu kisik onoliko brzo koliko se isporučuje, održavajući nisku količinu slobodnog kisika.

3) Aerobi kojima je potreban kisik za rast, ali njihova nitrogenaza je i dalje oslabljena ako su izloženi kisiku.

4) Kiseonične fotosintetske bakterije stvaraju kisik kao nusprodukt fotosinteze, no neke su sposobne popraviti i dušik.

5) I na kraju, anoksigene fotosintetske bakterije koje ne stvaraju kisik tijekom fotosinteze jer imaju samo jedan fotosustav koji ne može cijepati vodu. Osim toga, nitrogenaza se eksprimira pod ograničenjem dušika.

Neke više biljke, a neke životinje (termiti), formirale su asocijacije (simbioze) s dijazotrofima. Primjeri tih diazotrofa uključuju: rizobije koje se povezuju s mahunarkama, biljke iz porodice Fabaceae, frankije i cijanobakterije koje se s gljivama povezuju kao lišajevi, s jetrenjačom, s paprati i sa cikadom.


Primajte obavještenja kada imamo novosti, kurseve ili događaje koji vas zanimaju.

Unošenjem svoje e -pošte pristajete na primanje komunikacije od Penn State Extension. Pogledajte našu politiku privatnosti.

Hvala vam na vašem podnesku!

Najnoviji datumi sadnje za različite hibride kukuruza

Članci

Penn State Agronomy Guide

Vodiči i publikacije

CBD konoplja: istraživanje, proizvodnja, berba i prerada

Videos

Agronomska izviđačka škola: osnove izviđanja usjeva

Online kursevi

Studijski vodič za certificiranog savjetnika za usjeve u Pennsylvaniji

Online kursevi

Sadržaj

Najčešći mediji za rast mikroorganizama su hranjive podloge (tekući hranjivi medij) ili podloga od lizogenije. Tečne podloge se često miješaju s agarom i sipaju preko dozatora za sterilne medije u Petrijeve zdjelice kako bi se stvrdnule. Ove agar ploče pružaju čvrstu podlogu na kojoj se mikrobi mogu uzgajati. Oni ostaju čvrsti, jer vrlo mali broj bakterija može razgraditi agar (izuzetak su neke vrste iz rodova: Cytophaga, Flavobacterium, Bacillus, Pseudomonas, i Alcaligenes). Bakterije uzgojene u tekućim kulturama često tvore koloidne suspenzije. [4] [5]

Razlika između medija za rast koji se koriste za staničnu kulturu i onih koji se koriste za mikrobiološku kulturu je u tome što stanice izvedene iz cijelih organizama i uzgojene u kulturi često ne mogu rasti bez dodavanja, na primjer, hormona ili faktora rasta koji se obično javljaju in vivo. [6] U slučaju životinjskih stanica, ova se poteškoća često rješava dodavanjem krvnog seruma ili sintetičke zamjene seruma u medij. U slučaju mikroorganizama, takva ograničenja ne postoje, jer su često jednostanični organizmi. Još jedna velika razlika je ta što se životinjske stanice u kulturi često uzgajaju na ravnoj površini na koju se vežu, a medij je u tekućem obliku koji prekriva stanice. Nasuprot tome, bakterije kao npr Escherichia coli mogu se uzgajati na čvrstim ili u tekućim podlogama.

Važna razlika između vrsta medija za rast je ona između definiranih i nedefiniranih medija. [1] Definisani medij će imati poznate količine svih sastojaka. Za mikroorganizme, oni se sastoje od osiguravanja elemenata u tragovima i vitamina potrebnih mikroorganizmima i posebno definiranih izvora ugljika i dušika. Glukoza ili glicerol često se koriste kao izvori ugljika, a amonijeve soli ili nitrati kao anorganski izvori dušika. Nedefinirani medij sadrži neke složene sastojke, kao što su ekstrakt kvasca ili kazein hidrolizat, koji se sastoje od mješavine mnogih kemijskih vrsta u nepoznatim omjerima. Nedefinirani mediji ponekad se biraju na temelju cijene, a ponekad i zbog potrebe - neki mikroorganizmi nikada nisu uzgojeni na definiranim medijima.

Dobar primjer podloge za rast je sladovina koja se koristi za proizvodnju piva. Sladovina sadrži sve hranljive materije potrebne za rast kvasca, a u anaerobnim uslovima nastaje alkohol. Kada je proces fermentacije završen, kombinacija srednjih i uspavanih mikroba, sada piva, spremna je za konzumaciju. Glavni tipovi su

  • kulturni mediji
  • minimalni mediji
  • selektivni mediji
  • diferencijalni mediji
  • transportni mediji
  • medij indikatora

Kulturni mediji Edit

Mediji za kulturu sadrže sve elemente koji su većini bakterija potrebni za rast i nisu selektivni, pa se koriste za opći uzgoj i održavanje bakterija koje se čuvaju u zbirkama laboratorijskih kultura.

Nedefinirani medij (također poznat kao bazalni ili složeni medij) sadrži:

  • izvor ugljika poput glukoze
  • vode
  • razne soli
  • izvor aminokiselina i dušika (npr. govedina, ekstrakt kvasca)

Ovo je nedefiniran medij jer izvor aminokiselina sadrži različite spojeve čiji je tačan sastav nepoznat.

Definirani medij (također poznat kao kemijski definiran medij ili sintetički medij) je medij u kojem

Primjeri hranjivih podloga:

Minimalno uređivanje medija

Definirani medij koji ima dovoljno sastojaka da podrži rast naziva se "minimalni medij". Broj sastojaka koji se mora dodati minimalnom medijumu uvelike varira ovisno o tome koji se mikroorganizam uzgaja. [7] Minimalni mediji su oni koji sadrže minimalno moguće hranjive tvari za rast kolonija, općenito bez prisutnosti aminokiselina, a mikrobiolozi i genetičari ih često koriste za uzgoj mikroorganizama "divljeg tipa". Minimalni mediji se također mogu koristiti za odabir za ili protiv rekombinanata ili ekskonjuganata.

Minimalni medij obično sadrži:

  • izvor ugljika, koji može biti šećer poput glukoze, ili manje energetski bogat izvor poput sukcinata
  • razne soli, koje se mogu razlikovati među vrstama bakterija i uvjetima uzgoja, one općenito osiguravaju esencijalne elemente poput magnezija, dušika, fosfora i sumpora kako bi bakterija mogla sintetizirati proteine ​​i nukleinske kiseline
  • vode

Dodatni minimalni medij su minimalni medij koji također sadrži jedan odabrani agens, obično aminokiselinu ili šećer. Ovaj dodatak dopušta uzgoj specifičnih linija auksotrofnih rekombinanata.


Atributi prostora

Mokri laboratorijski prostori su jedinstveni po tome što moraju imati istovremene i odvojene ventilacijske i komunalne priključke na pojedinim laboratorijskim modulima kako bi se osigurala pouzdanost i točnost rezultata, kao i sigurnost korisnika u cijelom prostoru. Tipične karakteristike vlažnih laboratorijskih tipova uključuju listu primjenjivih elemenata projektnih ciljeva kako je dolje navedeno. Za potpunu listu i definicije ciljeva dizajna u kontekstu cjelokupnog dizajna zgrade kliknite donje naslove.

Pristupačno

Svaki novi laboratorijski projekat mora uzeti u obzir usklađenost ABA/Section 504/ADA, ADA standarde za pristupačan dizajn iz 2010. koje je objavilo Ministarstvo pravde i sve državne ili lokalne smjernice za pristupačnost koje se mogu primijeniti. Ovo su primarna razmatranja za pristupačan dizajn u laboratorijama:

  • Osigurajte neke prilagodljive sisteme namještaja i radne površine podesive visine za smještaj ljudi u invalidskim kolicima.
  • Obezbedite jednu ADA napu u svakoj laboratoriji. ADA napa je dizajnirana sa krilom koje se otvara okomito i horizontalno.
  • Obezbedite jedan sudoper visine ADA (34 in.) za svaku laboratoriju.
  • Obezbedite jednu ADA radnu stanicu/zonu za upis u svaku laboratoriju.
  • Odaberite ručke za tuš u slučaju nužde koje se mogu pomaknuti prema gore kako biste zaustavili protok. Ugradite police na izvlačenje u osnovne ormare.
  • Instalirajte lagani aparat za gašenje požara na dohvat ruke s invaliditetom na radnoj stanici.

Nova dostupna laboratorija za biomedicinsku imerziju na Univerzitetu Purdue uključuje vlažnu laboratoriju i koristit će fleksibilan prostor u Istraživačkom centru Discovery Learning.
Foto ljubaznošću Univerziteta Purdue. Fotografija: Andrew Hancock

Estetika

  • Površine: Elastične površine sastavni su dio dizajna prostora tipa Wet Laboratory. Upotrijebite epoksidnu boju za laboratorijske zidove i monolitne, bešavne, kemijski otporne vinilne podove s integriranom zakrivljenom bazom i završnom obradom od milara.

Funkcionalno / Operativno

Odvojeni laboratorijski moduli: Prostor Wet Lab obično je podijeljen u zasebne laboratorijske module koji sadrže individualno kontrolirane veze s HVAC, komunalnim i sigurnosnim uređajima. Moduli su prostorno definirani konstrukcijskom pločom od poda do stropa s podnim pregradama.

Stalni i pouzdani HVAC: Budući da su neka oprema i eksperimenti osjetljivi na temperaturu i vlagu, potrebni su stalni uvjeti u prostorima mokre laboratorije kako bi se osiguralo da oprema može pravilno izvesti i da eksperimenti daju točne rezultate. Laboratorije se obično isporučuju sa promjenjivim volumenom, sistemom za podgrijavanje terminala sa predfilterima i naknadnim filterima za 90% efikasnost. Općenito, laboratorijski prostori imaju pozitivan pritisak u odnosu na druge prostore bez povratnog zraka iz laboratorije u druge prostore. Za više informacija pogledajte WBDG HVAC visokih performansi.

Kontrola prašine: Kao što eksperimenti i oprema mogu biti osjetljivi na promjene temperature i vlažnosti, tako mogu biti i na prašinu i druge strane čestice. Za više informacija pogledajte WBDG Sistemi zračnih barijera u zgradama i dekontaminacija zraka.

Gas/Komunalne usluge: Komunalni priključci u prostorima vlažnih laboratorija mogu uključivati ​​vakuum, pneumatsko napajanje, prirodni plin, O2 i CO2, i destiliranu vodu. Okov i priključci za svaki modul povezani su sa distributivnim sistemom zgrade za šest nominalnih cjevovoda.

Aspiratori: Dizajnirajte tipove laboratorijskih prostora za mokre laboratorije za smještaj jedne haube za hemijske dimove od 6'-0 "za svaki laboratorijski modul i osigurajte izravni 100% ispuh. Također je tipično za ovaj tip prostora uključivanje ormara za skladištenje kiseline i korozivnih materijala smještenog ispod dima hauba, kao i spremište za opremu za hitne slučajeve.

Zauzetost laboratorije: Grupna klasifikacija popunjenosti za vlažnu laboratoriju je B2, konstrukcija zaštićena prskalicama, prema IBC, sa GSA akustičnom klasom C1 za zatvorene prostore i klasom C2 za otvorene prostore.

Secure / Safe

Dizajnirajte laboratoriju tako da ispuni zahtjeve da izdrži ljudske i prirodne opasnosti kako bi optimizirala sigurnost putnika i spriječila gubitak resursa.

  • Neka sredstva za kontrolu pristupa, često složena unutar zgrade
  • Računarski sistem upravljanja sigurnošću (SMS)
  • Posebni sklopovi ili uređaji za zaključavanje vrata koji funkcioniraju u skladu sa SMS -om
  • Sredstvo za vizualno praćenje osjetljivih ili zaštićenih područja.

Instalirajte ormar za biološku sigurnost (BSC) kako biste omogućili rad sa štetnim uzročnicima bolesti ili zaraženim tkivima bez rizika od infekcije.

Zaštita od požara i života: Svi laboratorijski prostori trebaju sadržavati ručni aparat za gašenje požara u ormaru za hitne slučajeve. Općenito postoji jedna stanica za dojavu požara uz svaku izlaznu točku i zvučni i vidljivi alarm (stroboskop) u svakom zauzetom prostoru (ne uključujući ormare, spremišta ili police za kapute). Takođe uključite monitore toksičnih gasova u svaki laboratorijski modul i prostor za skladištenje gasa sa audio i vizuelnim (stroboskopskim) alarmima unutar i izvan laboratorije. Tuš za ispiranje očiju i tuš bi trebao biti smješten na svakom modulu quad. Za više informacija pogledajte Sigurnost i sigurnost WBDG -a u laboratorijima.

Održivo

  • Uključite laboratorijsku opremu i tehnologiju efikasnu u potrošnji energije i vode u prostor.
  • Koristite visoko efikasnu rasvjetu u cijelom prostoru.
  • Dizajnirajte sa certificiranim ekološki održivim drvetom, recikliranim/reciklabilnim materijalima i drugim zelenim građevinskim materijalima.
  • Omogućite prirodno dnevno svjetlo i zdrav kvalitet zraka u zatvorenom prostoru.
  • Za informacije o održivom dizajnu u laboratorijima, pogledajte WBDG Održivi dizajn laboratorija i korištenje LEED® -a na laboratorijskim projektima.

Primjer programa

Sljedeći program je reprezentativan za prostore tipa Wet Laboratory.

Modul za planiranje laboratorije od 12' širine i 24' dužine, sa pomoćnim i servisnim ormarima koji se protežu 3' dalje na svakom kraju, širina 12' omogućava 24" duboke pultove duž svake strane sa 24" zonama za sjedenje ispred svakog pulta i 36" "šetalište po sredini modula i potjera 1'-0" između modula

Laboratorijske module opslužuje 5' široki hodnik za osoblje izvana i dvostruko opterećeni servisni hodnik širine 6' iznutra

Modul za planiranje centralne linije od 48 stakla zgrade omogućava staklenu prostoriju širine 10 ', uredski, konferencijski ili drugi prostor za podršku duž perimetra zgrade

Modul za planiranje se uklapa u ležište za stubove dimenzija 24 x 32 inča, što omogućava spajanje dva modula kako bi formirali laboratorijski prostor dimenzija 24 x 24 cm.

Primjeri planova

Sljedeći dijagram predstavlja tipične planove stanara.

Primjer građevinskih kriterija

Za GSA, jedinični troškovi za tipove prostora za vlažnu laboratoriju zasnivaju se na kvaliteti konstrukcije i karakteristikama dizajna u sljedećoj tabeli. Ove se informacije temelje na referentnoj interpretaciji GSA -e i mogu se razlikovati za druge vlasnike. Rotirajuća vrata tamne komore, ocjene čistih prostorija, dodatni sistemi hauba, stabilna struktura i kontrola vibracija, međuprostorni servisni prostor sa hodnom ili strukturiranom stropnom palubom, zaštićeni prostor, čista snaga i dodatni sustavi cijevi, uključujući filtriranu rashlađenu vodu tipičnu za mokre laboratorije nisu uključeni u tabelu.


Kloroplasti podsjećaju na mitohondrije, ali imaju dodatni odjeljak

Hloroplasti svoje energetske međusobne konverzije izvode kemiosmotskim mehanizmima na isti način kao i mitohondriji. Iako su mnogo veći (Slika 14-34A), oni su organizovani na istim principima. Imaju visoko propusnu vanjsku membranu, a mnogo manje propusnu unutrašnju membranu, u koju su ugrađeni membranski transportni proteini i uzak međumembranski prostor između. Zajedno, ove membrane čine omotač hloroplasta (Slika 14-34B,C). Unutarnja membrana okružuje veliki prostor nazvan stroma, koji je analogan mitohondrijskom matriksu i sadrži mnoge metaboličke enzime. Kao i mitohondrije, kloroplast ima svoj genom i genetski sistem. Stroma stoga također sadrži poseban skup ribozoma, RNK i DNK hloroplasta.

Slika 14-34

Elektronske mikrografije hloroplasta. (A) U ćeliji lista pšenice, tanki rub citoplazme koji sadrži hloroplaste, jezgru i mitohondrije okružuje veliku vakuolu. (B) Tanak presjek jednog hloroplasta koji prikazuje kloroplast (više.)

Postoji, međutim, važna razlika između organizacije mitohondrija i organizacije kloroplasta. Unutrašnja membrana kloroplasta nije savijena u kristale i ne sadrži lance za transport elektrona. Umjesto toga, lanci transporta elektrona, fotosintetski sistemi za hvatanje svjetlosti i ATP sintaza su sadržani u tilakoidna membrana, treća posebna membrana koja formira skup spljoštenih diskolikih vrećica, the tilakoidi (Slika 14-35). Smatra se da je lumen svakog tilakoida povezan s lumenom drugih tilakoida, čime se definira treći unutarnji odjeljak koji se naziva prostor tilakoida, koji je odvojen tilakoidnom membranom od strome koja ga okružuje.

Slika 14-35

Kloroplast. Ova fotosintetička organela sadrži tri različite membrane (vanjsku membranu, unutrašnju membranu i membranu tilakoida) koje definiraju tri odvojena unutrašnja odjeljka (međumembranski prostor, stromu i tilakoid (više.)

Strukturne sličnosti i razlike između mitohondrija i kloroplasta ilustrirane su na slici 14-36. Glava hloroplastne ATP sintaze, u kojoj se stvara ATP, viri iz tilakoidne membrane u stromu, dok strši u matriks iz unutrašnje mitohondrijalne membrane.

Slika 14-36

Poređenje mitohondrija i hloroplasta. Kloroplast je općenito mnogo veći od mitohondrija i sadrži, pored vanjske i unutrašnje membrane, tilakoidnu membranu koja zatvara tilakoidni prostor. Za razliku od unutrašnje membrane hloroplasta, (više.)


Pitanja za pregled

Da bi se element smatrao bitnim, moraju biti ispunjeni svi sljedeći kriteriji, osim:

  1. Nijedan drugi element ne može obavljati tu funkciju.
  2. Element je direktno uključen u ishranu biljaka.
  3. Element je neorganski.
  4. Postrojenje ne može završiti svoj životni ciklus bez elementa.

Hranjivi sastojak koji je dio ugljikohidrata, proteina i nukleinskih kiselina i koji formira biomolekule je ________.

Većina ________ je neophodna za funkciju enzima.

Koji je glavni izvor vode za kopnene biljke?


After iGEM program povezuje sve koji su prošli kroz iGEM takmičenje od njegovog početka 2004. After iGEM je način da se nastavi da utiče na svet. Vi ste lideri na tom polju - i želimo vam pomoći da uspijete. iGEM-ovi iz iGEM 2019 i 2020 timova trenutno su pozvani da podnesu članke za iGEM Special Issue Journal.
O Nakon iGEM →

iGEM ​​-ov Program preduzetništva (EPIC) podržava razvoj preduzetničke zajednice iGEM -a kroz niz globalnih aktivnosti, uključujući laboratorije za stvaranje poduhvata, program mentorstva, brzi program i godišnju prezentaciju preduzeća. Kliknite dolje da saznate više!
O iGEM EPIC programu →


6.10.1: Zahtjevi za plinom - Biologija

Aerobni organizam ili aerob je organizam koji može preživjeti i rasti u okruženju bogatom kisikom. Postoji nekoliko varijacija aeroba. Obavezni aerobi zahtijevaju kisik za aerobno ćelijsko disanje. U procesu poznatom kao stanično disanje, ovi organizmi koriste kisik za oksidaciju supstrata (na primjer šećera i masti) kako bi dobili energiju. Fakultativni anaerobi mogu koristiti kisik, ali također imaju anaerobne (tj. Ne zahtijevaju kisik) metode proizvodnje energije. Mikroaerofili su organizmi koji mogu koristiti kisik, ali samo u niskim koncentracijama. Aerotolerantni organizmi mogu preživjeti u prisutnosti kisika, ali su anaerobni jer ga ne koriste kao terminalni akceptor elektrona.

Identitet aerobnih i anaerobnih bakterija: Aerobno različite bakterije se ponašaju drugačije kada se uzgajaju u tečnoj kulturi: 1) Obavezne aerobne bakterije se skupljaju na vrhu epruvete kako bi apsorbirale maksimalnu količinu kisika. 2) Obvezne anaerobne bakterije skupljaju se na dnu kako bi se izbjegao kisik. 3) Fakultativne bakterije se skupljaju uglavnom na vrhu, budući da je aerobno disanje povoljno (tj. Energetski povoljno), ali budući da im nedostatak kisika ne škodi, mogu se naći duž cijevi epruvete. 4) Mikroaerofili se skupljaju na gornjem dijelu epruvete, ali ne na vrhu. Potreban im je kisik, ali u nižoj koncentraciji. 5) Kiseonik uopće ne utječe na aerotolerantne bakterije i one su ravnomjerno raspoređene duž epruvete.

Anaerobni organizam ili anaerob je svaki organizam kojem nije potreban kisik za rast. Mogao bi negativno reagirati, pa čak i umrijeti ako je prisutan kisik. U praktične svrhe postoje tri kategorije: obvezni anaerobi, koji ne mogu koristiti kisik za rast, pa im čak i šteti. Aerotolerantni organizmi, koji ne mogu koristiti kisik za rast, ali toleriraju njegovo prisustvo. I konačno, fakultativni anaerobi, koji mogu rasti bez kisika, ali mogu koristiti kisik ako je prisutan.

Budući da se normalno uzgajanje mikroba događa u atmosferskom zraku, koji je aerobno okruženje, uzgoj anaeroba predstavlja problem. Stoga mikrobiolozi koriste brojne tehnike pri uzgoju anaerobnih organizama, na primjer, rukovanje bakterijama u pretincu za rukavice napunjenom dušikom ili upotreba drugih posebno zatvorenih posuda.

Kutija za rukavice: Terra Universal 100 pretinac za rukavice

GasPak sistem je izolirani spremnik koji postiže anaerobno okruženje reakcijom vode s natrijevim borhidridom i tabletama natrij bikarbonata za proizvodnju vodikovog plina i ugljičnog dioksida. Vodik tada reagira s plinom kisika na paladijevom katalizatoru kako bi proizveo više vode, uklanjajući tako kisik.


Dušikov dioksid

Do 20 ppm:
(APF = 25) Bilo koji respirator sa dovodom vazduha koji radi u režimu kontinuiranog protoka £
(APF = 50) Bilo koji samostalni aparat za disanje s cijelom maskom za lice
(APF = 50) Bilo koji respirator sa dovodom vazduha sa celom maskom

Hitan ili planirani ulazak u nepoznate koncentracije ili stanja IDLH:

(APF = 10.000) Svaki samostalni aparat za disanje koji ima cijelu masku za lice i koji radi u skladu sa zahtjevom za pritiskom ili drugim načinom pozitivnog pritiska
(APF = 10.000) Bilo koji respirator sa dovodom vazduha koji ima punu masku za lice i koji radi u skladu sa zahtevom za pritiskom ili drugim režimom pozitivnog pritiska u kombinaciji sa pomoćnim samostalnim aparatom za disanje sa pozitivnim pritiskom

Bijeg:
(APF = 50) Bilo koji respirator s cijelim licem za pročišćavanje zraka (plinska maska) s pročišćavanjem zraka s kanisterom u obliku brade, sprijeda ili straga koji pruža zaštitu od spoja zabrinutosti ¿
Svaki odgovarajući samostalni aparat za disanje tipa evakuacije


Razmena gasa

Svrha respiratornog sistema je izmjena plinova. Plućna ventilacija obezbjeđuje zrak u alveole za ovaj proces izmjene plina. Na respiratornoj membrani, gdje se spajaju alveolarni i kapilarni zidovi, plinovi se kreću kroz membrane, pri čemu kisik ulazi u krvotok, a ugljični dioksid izlazi. Ovim mehanizmom krv se oksigenira i ugljični dioksid, otpadni produkt staničnog disanja, uklanja iz tijela.

Razmena gasa

Da bi se razumjeli mehanizmi razmjene plinova u plućima, važno je razumjeti temeljne principe plinova i njihovo ponašanje. Uz Boyleov zakon, nekoliko drugih zakona o plinu pomaže u opisivanju ponašanja plinova.

Zakoni o plinu i sastav zraka

Molekuli plina djeluju silom na površine s kojima su u kontaktu. Ova sila se naziva pritiskom. U prirodnim sistemima plinovi su normalno prisutni kao mješavina različitih vrsta molekula. Na primjer, atmosfera se sastoji od kisika, dušika, ugljičnog dioksida i drugih plinovitih molekula, a ova plinovita mješavina vrši određeni pritisak koji se naziva atmosferski tlak ((Slika)). Parcijalni pritisak (Px) je pritisak jedne vrste gasa u mešavini gasova. Na primjer, u atmosferi, kisik vrši parcijalni tlak, a dušik drugi parcijalni tlak, neovisno o parcijalnom tlaku kisika ((Slika)). Ukupni pritisak je zbir svih parcijalnih pritisaka gasovite mešavine. Daltonov zakon opisuje ponašanje nereaktivnih plinova u plinovitoj mješavini i navodi da određena vrsta plina u mješavini vrši vlastiti tlak, tako da je ukupni pritisak koji vrši mješavina plinova zbir parcijalnih pritisaka plinova u mješavini .

Parcijalni pritisci atmosferskih plinova
Gas Procenat ukupnog sastava Parcijalni pritisak
(mm Hg)
Azot (N.2) 78.6 597.4
Kiseonik (O2) 20.9 158.8
Voda (H2O) 0.4 3.0
Ugljen -dioksid (CO2) 0.04 0.3
Drugi 0.06 0.5
Ukupan sastav/ukupni atmosferski pritisak 100% 760.0

Parcijalni pritisak je izuzetno važan u predviđanju kretanja gasova. Podsjetimo da plinovi imaju tendenciju izjednačavati njihov pritisak u dvije povezane regije. Plin će se kretati iz područja gdje je njegov parcijalni pritisak veći u područje gdje je njegov parcijalni pritisak manji. Osim toga, što je veća razlika u parcijalnim pritiscima između dva područja, to je brže kretanje plinova.

Rastvorljivost gasova u tečnostima

Henryjev zakon opisuje ponašanje plinova kada dođu u kontakt s tekućinom, poput krvi. Henryjev zakon kaže da je koncentracija plina u tekućini izravno proporcionalna topljivosti i parcijalnom tlaku tog plina. Što je parcijalni pritisak gasa veći, veći je broj molekula gasa koji će se otopiti u tečnosti. Koncentracija gasa u tečnosti takođe zavisi od rastvorljivosti gasa u tečnosti. Na primjer, iako je dušik prisutan u atmosferi, vrlo malo dušika se rastvara u krvi, jer je rastvorljivost dušika u krvi vrlo niska. Izuzetak od toga javlja se kod ronioca. Sastav komprimiranog zraka koji ronioci udišu uzrokuje da dušik ima veći parcijalni tlak od normalnog, uzrokujući njegovo otapanje u krvi u većim količinama od normalnog. Previše dušika u krvotoku rezultira ozbiljnim stanjem koje može biti fatalno ako se ne ispravi. Molekuli plina uspostavljaju ravnotežu između molekula otopljenih u tekućini i molekula u zraku.

Sastav zraka u atmosferi i u alveolama je različit. U oba slučaja, relativna koncentracija plinova je dušik> kiseonik> vodena para> ugljikov dioksid. Količina vodene pare prisutna u alveolarnom vazduhu veća je od one u atmosferskom vazduhu ((Slika)). Podsjetimo da respiratorni sistem radi na vlaženju dolazećeg zraka, uzrokujući time da zrak prisutan u alveolama ima veću količinu vodene pare od atmosferskog zraka. Osim toga, alveolarni zrak sadrži veću količinu ugljičnog dioksida i manje kisika od atmosferskog zraka. To ne čudi, jer izmjena plina uklanja kisik i dodaje ugljični dioksid u alveolarni zrak. Duboko i prisilno disanje uzrokuje da se sastav alveolarnog zraka mijenja brže nego tijekom mirnog disanja. Kao rezultat toga, mijenjaju se parcijalni pritisci kisika i ugljičnog dioksida, što utječe na proces difuzije koji pokreće te materijale kroz membranu. To će uzrokovati brže ulazak kisika i ugljični dioksid iz krvi.

Sastav i parcijalni pritisci alveolarnog zraka
Gas Postotak ukupnog sastava Parcijalni pritisak
(mm Hg)
Azot (N.2) 74.9 569
Kiseonik (O2) 13.7 104
Voda (H2O) 6.2 40
Ugljični dioksid (CO2) 5.2 47
Ukupan sastav/ukupni alveolarni pritisak 100% 760.0

Ventilacija i perfuzija

Dva važna aspekta izmjene plinova u plućima su ventilacija i perfuzija. Ventilacija je kretanje zraka u i iz pluća, a perfuzija je protok krvi u plućnim kapilarama. Da bi razmjena gasa bila efikasna, zapremine uključene u ventilaciju i perfuziju treba da budu kompatibilne. Međutim, faktori poput utjecaja regionalne gravitacije na krv, začepljenih alveolarnih kanala ili bolesti mogu uzrokovati neuravnoteženost ventilacije i perfuzije.

Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku je oko 104 mm Hg, dok je parcijalni tlak oksigenirane krvi u plućnim venama oko 100 mm Hg. Kada je ventilacija dovoljna, kiseonik ulazi u alveole velikom brzinom, a parcijalni pritisak kiseonika u alveolama ostaje visok. Nasuprot tome, kada ventilacija nije dovoljna, parcijalni tlak kisika u alveolama pada. Bez velike razlike u parcijalnom pritisku između alveola i krvi, kiseonik ne difunduje efikasno kroz respiratornu membranu. Tijelo ima mehanizme koji se suprotstavljaju ovom problemu. U slučajevima kada ventilacija nije dovoljna za alveolu, tijelo preusmjerava protok krvi u alveole koje primaju dovoljnu ventilaciju. To se postiže sužavanjem plućnih arteriola koje opslužuju disfunkcionalnu alveolu, koja preusmjerava krv u druge alveole koje imaju dovoljnu ventilaciju. U isto vrijeme, plućne arteriole koje služe alveolama primaju dovoljnu ventilaciju vazodilataciju, što dovodi do većeg protoka krvi. Faktori kao što su ugljični dioksid, kisik i pH razine mogu poslužiti kao poticaji za podešavanje protoka krvi u kapilarnim mrežama povezanim s alveolama.

Ventilacija je regulirana promjerom dišnih putova, dok je perfuzija regulirana promjerom krvnih žila. Promjer bronhiola je osjetljiv na parcijalni pritisak ugljičnog dioksida u alveolama. Veći parcijalni pritisak ugljičnog dioksida u alveolama uzrokuje da bronhiole povećavaju svoj promjer, kao i smanjeni nivo kisika u opskrbi krvlju, što omogućava da se ugljični dioksid izdiše iz tijela većom brzinom. Kao što je gore spomenuto, veći parcijalni pritisak kisika u alveolama uzrokuje širenje plućnih arteriola, povećavajući protok krvi.

Razmena gasa

Razmjena plinova odvija se na dva mjesta u tijelu: u plućima, gdje se hvata kisik i oslobađa ugljični dioksid na respiratornoj membrani, te u tkivima, gdje se oslobađa kisik i uzima ugljični dioksid. Vanjsko disanje je izmjena plinova s ​​vanjskim okruženjem i javlja se u alveolama pluća. Unutrašnje disanje je razmjena plinova s ​​unutarnjim okruženjem i javlja se u tkivima. Stvarna izmjena plinova nastaje zbog jednostavne difuzije. Energija nije potrebna za kretanje kisika ili ugljičnog dioksida kroz membrane. Umjesto toga, ovi plinovi slijede gradijente pritiska koji im omogućavaju difuziju. Anatomija pluća maksimizira difuziju plinova: respiratorna membrana je visoko propusna za plinove, respiratorne i krvne kapilarne membrane su vrlo tanke i velika je površina u plućima.

Spoljašnje disanje

Plućna arterija prenosi deoksigeniranu krv u pluća iz srca, gdje se grana i na kraju postaje kapilarna mreža sastavljena od plućnih kapilara. Ove plućne kapilare stvaraju respiratornu membranu s alveolama ((slika)). Kako se krv pumpa kroz ovu kapilarnu mrežu, dolazi do izmjene plina. Iako se mala količina kisika može otapati izravno u plazmu iz alveola, većinu kisika preuzimaju eritrociti (crvena krvna zrnca) i vežu se za protein zvan hemoglobin, proces opisan kasnije u ovom poglavlju. Oksigenirani hemoglobin je crven, uzrokujući cjelokupnu pojavu jarko crvene krvi s kisikom, koja se vraća u srce kroz plućne vene. Ugljični dioksid se oslobađa u suprotnom smjeru od kisika, od krvi do alveola. Dio ugljičnog dioksida se vraća na hemoglobin, ali se također može otopiti u plazmi ili je prisutan kao pretvoreni oblik, što je također detaljnije objašnjeno kasnije u ovom poglavlju.

Vanjsko disanje nastaje kao funkcija parcijalnih razlika tlaka kisika i ugljičnog dioksida između alveola i krvi u plućnim kapilarama.

Although the solubility of oxygen in blood is not high, there is a drastic difference in the partial pressure of oxygen in the alveoli versus in the blood of the pulmonary capillaries. This difference is about 64 mm Hg: The partial pressure of oxygen in the alveoli is about 104 mm Hg, whereas its partial pressure in the blood of the capillary is about 40 mm Hg. This large difference in partial pressure creates a very strong pressure gradient that causes oxygen to rapidly cross the respiratory membrane from the alveoli into the blood.

The partial pressure of carbon dioxide is also different between the alveolar air and the blood of the capillary. However, the partial pressure difference is less than that of oxygen, about 5 mm Hg. The partial pressure of carbon dioxide in the blood of the capillary is about 45 mm Hg, whereas its partial pressure in the alveoli is about 40 mm Hg. However, the solubility of carbon dioxide is much greater than that of oxygen—by a factor of about 20—in both blood and alveolar fluids. As a result, the relative concentrations of oxygen and carbon dioxide that diffuse across the respiratory membrane are similar.

Internal Respiration

Internal respiration is gas exchange that occurs at the level of body tissues ((Figure)). Similar to external respiration, internal respiration also occurs as simple diffusion due to a partial pressure gradient. However, the partial pressure gradients are opposite of those present at the respiratory membrane. The partial pressure of oxygen in tissues is low, about 40 mm Hg, because oxygen is continuously used for cellular respiration. In contrast, the partial pressure of oxygen in the blood is about 100 mm Hg. This creates a pressure gradient that causes oxygen to dissociate from hemoglobin, diffuse out of the blood, cross the interstitial space, and enter the tissue. Hemoglobin that has little oxygen bound to it loses much of its brightness, so that blood returning to the heart is more burgundy in color.

Considering that cellular respiration continuously produces carbon dioxide, the partial pressure of carbon dioxide is lower in the blood than it is in the tissue, causing carbon dioxide to diffuse out of the tissue, cross the interstitial fluid, and enter the blood. It is then carried back to the lungs either bound to hemoglobin, dissolved in plasma, or in a converted form. By the time blood returns to the heart, the partial pressure of oxygen has returned to about 40 mm Hg, and the partial pressure of carbon dioxide has returned to about 45 mm Hg. The blood is then pumped back to the lungs to be oxygenated once again during external respiration.

Hyperbaric Chamber Treatment A type of device used in some areas of medicine that exploits the behavior of gases is hyperbaric chamber treatment. A hyperbaric chamber is a unit that can be sealed and expose a patient to either 100 percent oxygen with increased pressure or a mixture of gases that includes a higher concentration of oxygen than normal atmospheric air, also at a higher partial pressure than the atmosphere. There are two major types of chambers: monoplace and multiplace. Monoplace chambers are typically for one patient, and the staff tending to the patient observes the patient from outside of the chamber ((Figure)). Some facilities have special monoplace hyperbaric chambers that allow multiple patients to be treated at once, usually in a sitting or reclining position, to help ease feelings of isolation or claustrophobia. Multiplace chambers are large enough for multiple patients to be treated at one time, and the staff attending these patients is present inside the chamber. In a multiplace chamber, patients are often treated with air via a mask or hood, and the chamber is pressurized.

Hyperbaric chamber treatment is based on the behavior of gases. As you recall, gases move from a region of higher partial pressure to a region of lower partial pressure. In a hyperbaric chamber, the atmospheric pressure is increased, causing a greater amount of oxygen than normal to diffuse into the bloodstream of the patient. Hyperbaric chamber therapy is used to treat a variety of medical problems, such as wound and graft healing, anaerobic bacterial infections, and carbon monoxide poisoning. Exposure to and poisoning by carbon monoxide is difficult to reverse, because hemoglobin’s affinity for carbon monoxide is much stronger than its affinity for oxygen, causing carbon monoxide to replace oxygen in the blood. Hyperbaric chamber therapy can treat carbon monoxide poisoning, because the increased atmospheric pressure causes more oxygen to diffuse into the bloodstream. At this increased pressure and increased concentration of oxygen, carbon monoxide is displaced from hemoglobin. Another example is the treatment of anaerobic bacterial infections, which are created by bacteria that cannot or prefer not to live in the presence of oxygen. An increase in blood and tissue levels of oxygen helps to kill the anaerobic bacteria that are responsible for the infection, as oxygen is toxic to anaerobic bacteria. For wounds and grafts, the chamber stimulates the healing process by increasing energy production needed for repair. Increasing oxygen transport allows cells to ramp up cellular respiration and thus ATP production, the energy needed to build new structures.

Pregled poglavlja

The behavior of gases can be explained by the principles of Dalton’s law and Henry’s law, both of which describe aspects of gas exchange. Dalton’s law states that each specific gas in a mixture of gases exerts force (its partial pressure) independently of the other gases in the mixture. Henry’s law states that the amount of a specific gas that dissolves in a liquid is a function of its partial pressure. The greater the partial pressure of a gas, the more of that gas will dissolve in a liquid, as the gas moves toward equilibrium. Gas molecules move down a pressure gradient in other words, gas moves from a region of high pressure to a region of low pressure. The partial pressure of oxygen is high in the alveoli and low in the blood of the pulmonary capillaries. As a result, oxygen diffuses across the respiratory membrane from the alveoli into the blood. In contrast, the partial pressure of carbon dioxide is high in the pulmonary capillaries and low in the alveoli. Therefore, carbon dioxide diffuses across the respiratory membrane from the blood into the alveoli. The amount of oxygen and carbon dioxide that diffuses across the respiratory membrane is similar.

Ventilation is the process that moves air into and out of the alveoli, and perfusion affects the flow of blood in the capillaries. Both are important in gas exchange, as ventilation must be sufficient to create a high partial pressure of oxygen in the alveoli. If ventilation is insufficient and the partial pressure of oxygen drops in the alveolar air, the capillary is constricted and blood flow is redirected to alveoli with sufficient ventilation. External respiration refers to gas exchange that occurs in the alveoli, whereas internal respiration refers to gas exchange that occurs in the tissue. Both are driven by partial pressure differences.

Pitanja za pregled

Gas moves from an area of ________ partial pressure to an area of ________ partial pressure.


Pogledajte video: Testiranje hipoteza Excel neparametarski (Decembar 2022).