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Veröffentlicht am 2016-02-25 21:10:15 in /w/

/w/ 15580: Apnoe ... W ~ V^?

Bernd Avatar
Bernd:#15580

Ist hier jemand mit Ahnung von Atmung bei Menschen?

Mich interessiert, ob es eine Gesetzmäßigkeit gibt, welche besagt, wie die Menge an Arbeit, die ein Mensch mit Hilfe der Luft in seiner Lunge verrichten kann, vom in der Lunge gespeicherten Volumen abhängt.

Wenn also die Taucherin im .gif ein Volumen V einatmet, ist Arbeit W ~ V oder vielleicht W ~ V² oder was ganz anderes?

tomgreever Avatar
tomgreever:#15581

>>15580
Naja, das Lungenvolumen + Atemtechnik sind in dem Fall halt einfach die Zeit. Wie weit du tauchen kannst hängt z.B. von dieser Zeit + Muskelkraft zum Vorwärtskommen ab. Je höher beide Werte, desto weiter...

ayalacw Avatar
ayalacw:#15582

Spezifiziere Blasearbeit oder Paddeln mit Luftanhalten.

Bei letzterem ist der Sauerstoff limitierend (nein doch ahhh!)
Ist die Frage wieviel O2 man aus dem Lungenvolumen kriegt, Partialdruck und Totvolumen..
Das mal den üblichen Mix von C und H, mal Wirkungsgrad Muskel (dürfte etwa 0.15 sein)

es gibt einen Cheat weil im Blut auch schon Sauerstoff ist, und weil Kohlenhydrat anaerob vergoren werden kann. Näheres auf /fit

lanceguyatt Avatar
lanceguyatt:#15599

Mit einem Molekül O2 erzeugt der Körper bei maximaler Effizienz (d.h. 100% Ausnutzung des eingeatmeten Sauerstoffs und 100% Effizienz der Elektronentransportkette, was aber beides physiologisch nie gegeben ist) ca. 5-6 Moleküle ATP. Ein mol ATP entspricht ca. 30 kJ / 7 kcal. Damit können durch Verbrennung eines Moleküls O2 ca. 0.3 fJ (Femtojoule) erzeugt werden (30 kJ * 6/mol).

Wenn man für O2 eine Dichte von 1.429 g/L annimmt (gilt allerdings für 0°C und 100 Hg, für 37°C und Lungendruck hab ich nichts gefunden, dürfte aber nicht allzu stark abweichen), hat man bei 32 g/mol für Sauerstoff, ca. 5 L Lungenvolumen für einen erwachsenen Mann (Idealwert) und ca. 20% v/v O2 in Luft ca. 0.009 mol O2 in der Lunge, wenn man die Lunge komplett mit frischer Luft befüllt (der Austausch je Atemzug ist jedoch natürlich deutlich geringer, bei kompletter Entleerung würde die Lunge kollabieren).

Bei 0.3 fJ je Molekül und 0.009 mol O2 in der Lunge kommen wir damit auf ca. 1630 kJ bzw 400 kcal. Das ist etwa 1/5 des Tagesverbrauchs eines erwachsenen Menschen von 70 kg, der den ganzen Tag auf dem Sofa sitzt (2000 kcal). 2000 kcal entsprechen 2.4 kWh, ein Mensch im Ruhemodus hat also etwa 100 W, so wie eine alte Glühbirne.

Mit einem Lungenvolumen Luft kannst du also eine alte Glühbirne etwa 12 min leuchten lassen, mit einem Atemzug (ca. 0.5 L) für etwa 70 sec. Vorausgesetzt ist wie gesagt maximale biologische Effizienz.

chatyrko Avatar
chatyrko:#15602

>>15599
Habe gerade gemerkt, dass ich im letzten Absatz Unfug erzählt habe, da ich den Verbrauch pro Stunde zugrunde gelegt habe und nicht pro Tag. Entsprechend kann man mit einem Lungenvolumen Luft theoretisch eine Lampe für ca. 5 Stunden leuchten lassen und mit einem Atemzug für ca. 30 min, wenn man je maximale Effizienz voraussetzt.

Nun spielen da wie gesagt noch die Effizienz der Atmungskette bzw. des daraus resultierenden Protonengradienten hinein. Der Verlust dadurch schwankt je nach Gewebe zwischen 20% und 60%, in braunem oder beigem Fettgewebe liegt er sogar bei über 90%, dies sind jedoch die Extrembeispiele. Für den Körper insgesamt ist das schwer zu sagen. Gehen wir der Einfachheit halber von ca. 40% Verlust aus.

Der zweite Punkt ist die Effizienz der O2-Aufnahme in der Lunge. Diese liegt bei ca. 30%.

Beide Verluste zusammengenommen sind wir tatsächlich wieder in etwa bei der von mit oben berechneten Energieausbeute (nun 480 kcal / Lungenvolumen bzw. 48 kcal / Atemzug).

Letztlich kommt wie >>15582 schon sagte jedoch noch der Wirkungsgrad der Muskeln etc. dazu, also wie viel des genutzten ATP nun tatsächlich in Muskelkraft umgewandelt werden kann. Der Wirkungsgrad beträgt hier etwa 20-25%, womit wir letztlich bei ca. 10 kcal / Atemzug sind, wenn wir allein von Umsatz in Muskelkraft ausgehen.

urbanjahvier Avatar
urbanjahvier:#15743

sage

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