酸素カプセルに入った時の基礎代謝量の算出 | 酸素カプセルの原理を詳しく解説

ここまで、

を行ってきました。

さて、いよいよここから「酸素カプセルに入るとどのくらいの酸素量が増えて、どれだけ基礎代謝に影響を与えるのか？」という疑問を解き明かしてみましょう。

酸素カプセルに入った時の酸素分圧の変化

酸素カプセルの中は、気圧を1.1倍(836mmHg)、酸素濃度が35％とします。

肺の中は３７℃の体温で温められた状態だと約47mmHgの水蒸気があらかじめ存在しているので、酸素カプセルの中の気圧836mmHgから47mmHgを差し引いて残りの789mmHgをダルトンの法則に従って気体の割合で分け合うことになります。酸素濃度は35%なので、789mmHgの35%に相当する276mmHgが酸素分圧となります。

更に肺の中では酸素と二酸化炭素のガス交換が行われるので、このガス交換によって減じた酸素を差し引くことで肺の中の酸素分圧が確定することになります。肺の中の二酸化炭素は平均的に40mmHgとなること、ガス交換される酸素と二酸化炭素は「１：１」とはならす「１：０．８」、つまり酸素が「１」に対して二酸化炭素は「０．８」となり、この二酸化炭素40mmHgからガス交換される酸素量を求めて276mmHgから差し引いて、酸素分圧226mmHgを求めます。

酸素カプセルに入った時の血液に溶け込む酸素量

前回は、ブンゼン係数0.024を使って肺の中の酸素分圧が100mmHg(普段の生活環境下)の時の血液に溶け込む酸素量を算出しました。

今回は、酸素カプセルに入った時の肺の中の酸素分圧の上昇によって血液に溶け込む酸素量がどれだけ増加するのかを算出します。最終的な評価は基礎代謝で行うとし、基礎代謝はなじみのある１日当たりの数字で比較することとします。

心臓の拍出量が70[ml/min]、心拍数が70[bps]、酸素カプセルに入る時間をTとして１時間、２時間、３時間、５時間入った場合の血液中に溶け込む酸素量の増量分を算出します。

酸素カプセルによって増加した血液に溶け込む酸素量[ml]　＝
　((226/760)×70*70*60*T*0.024) – ((100/760)×70*70*60*T*0.024)

気圧を1.1倍、酸素濃度が35%の酸素カプセルで血液に溶け込む酸素の増加分
酸素カプセルに入る時間T	血液に溶け込む酸素の増量分[リットル]
1時間	1.2
2時間	2.3
3時間	3.5
5時間	5.9

酸素カプセルに入った時のHbから放出する酸素量

気圧を1.1倍(836mmHg)、酸素濃度が35％の酸素カプセルに入ると肺の中の酸素分圧は226mmHgになることから普段の２倍以上になります。そのためヘモグロビンとの結合率はほとんどのケースでＭＡＸ値である１００％が期待できます。そのため酸素カプセルに入った時ヘモグロビンと結合して体内に放出する酸素の増加量は、このヘモグロビンとの結合率の増加分ということになります。

心臓の拍出量が70[ml/min]、心拍数が70[bps]、酸素カプセルに入る時間をT、ヘモグロビンとの結合率の上昇分をＲとすると酸素量の増加分は以下の通りになります。

酸素カプセルに入って増えるヘモグロビンから放出される酸素量[ml]　＝
　Hb[g] × 1.39[ml/dl] × 0.7[dl]× 70 × 60 × T × R[%]

酸素カプセルに入って増えるヘモグロビンから放出される酸素量
(ヘモグロビン量:15[g/dl])
酸素カプセルに入る時間 T	飽和度の上昇分 R	酸素の増量分[リットル]
1時間	98 -> 100=2%	1.2
	96 -> 100=4%	2.5
	94 -> 100=6%	3.7
2時間	98 -> 100=2%	2.5
	96 -> 100=4%	4.9
	94 -> 100=6%	7.4
3時間	98 -> 100=2%	3.7
	96 -> 100=4%	7.4
	94 -> 100=6%	11.0
5時間	98 -> 100=2%	6.1
	96 -> 100=4%	12.3
	94 -> 100=6%	18.4

酸素カプセルに入って増えるヘモグロビンから放出される酸素量
(ヘモグロビン量:13[g/dl])
酸素カプセルに入る時間 T	飽和度の上昇分 R	酸素の増量分[リットル]
1時間	98 -> 100=2%	1.1
	96 -> 100=4%	2.1
	94 -> 100=6%	3.2
2時間	98 -> 100=2%	2.1
	96 -> 100=4%	4.3
	94 -> 100=6%	6.4
3時間	98 -> 100=2%	3.2
	96 -> 100=4%	6.4
	94 -> 100=6%	9.6
5時間	98 -> 100=2%	5.3
	96 -> 100=4%	10.6
	94 -> 100=6%	15.9

酸素カプセルに入って増えるヘモグロビンから放出される酸素量
(ヘモグロビン量:17[g/dl])
酸素カプセルに入る時間 T	飽和度の上昇分 R	酸素の増量分[リットル]
1時間	98 -> 100=2%	1.4
	96 -> 100=4%	2.8
	94 -> 100=6%	4.2
2時間	98 -> 100=2%	2.8
	96 -> 100=4%	5.6
	94 -> 100=6%	8.3
3時間	98 -> 100=2%	4.2
	96 -> 100=4%	8.3
	94 -> 100=6%	12.5
5時間	98 -> 100=2%	6.9
	96 -> 100=4%	13.9
	94 -> 100=6%	20.8

酸素カプセルが影響を与えた基礎代謝量

上記で求めた血液に溶け込む酸素とヘモグロビンから放出される酸素の増加分から基礎代謝を算出して基礎代謝の変化量を見てみましょう。

基礎代謝量(ヘモグロビン量:15[g/dl])
酸素カプセル未使用			酸素カプセル使用時
Hbの飽和度 [%]	消化する酸素量 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	酸素カプセルに入る時間	酸素の増加分 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	基礎代謝量の増加量 [kcal]
98	360	1721	1時間	1.2+1.2	1732	11
96	331	1582		2.5+1.2	1600	18
94	302	1444		3.7+1.2	1467	23
98	360	1721	2時間	2.5+2.3	1744	23
96	331	1582		4.9+2.3	1617	33
94	302	1444		7.4+2.3	1490	46
98	360	1721	3時間	3.7+3.5	1755	34
96	331	1582		7.4+3.5	1634	52
94	302	1444		11.0+3.5	1513	69
98	360	1721	5時間	6.1+5.9	1778	57
96	331	1582		12.3+5.9	1669	87
94	302	1444		18.4+5.9	1560	116

基礎代謝量(ヘモグロビン量:13[g/dl])
酸素カプセル未使用			酸素カプセル使用時
Hbの飽和度 [%]	消化する酸素量 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	酸素カプセルに入る時間	酸素の増加分 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	基礎代謝量の増加量 [kcal]
98	315	1506	1時間	1.1+1.2	1517	11
96	290	1386		2.1+1.2	1402	16
94	264	1262		3.2+1.2	1283	21
98	315	1506	2時間	2.1+2.3	1527	21
96	290	1386		4.3+2.3	1418	32
94	264	1262		6.4+2.3	1304	42
98	315	1506	3時間	3.2+3.5	1538	32
96	290	1386		6.4+3.5	1433	47
94	264	1262		9.6+3.5	1325	63
98	315	1506	5時間	5.3+5.9	1559	53
96	290	1386		10.6+5.9	1465	79
94	264	1262		15.9+5.9	1366	104

基礎代謝量(ヘモグロビン量:17[g/dl])
酸素カプセル未使用			酸素カプセル使用時
Hbの飽和度 [%]	消化する酸素量 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	酸素カプセルに入る時間	酸素の増加分 [リットル]	基礎代謝量 [kcal]	基礎代謝量の増加量 [kcal]
98	405	1936	1時間	1.4+1.2	1948	12
96	372	1778		2.8+1.2	1797	19
94	339	1620		4.2+1.2	1646	26
98	405	1936	2時間	2.8+2.3	1960	24
96	372	1778		5.6+2.3	1816	38
94	339	1620		8.3+2.3	1670	50
98	405	1936	3時間	4.2+3.5	1973	37
96	372	1778		8.3+3.5	1834	56
94	339	1620		12.5+3.5	1697	77
98	405	1936	5時間	6.9+5.9	1997	61
96	372	1778		13.9+5.9	1873	95
94	339	1620		20.8+5.9	1748	128

酸素カプセルに入った時の酸素分圧の変化

酸素カプセルに入った時の血液に溶け込む酸素量

酸素カプセルに入った時のHbから放出する酸素量

酸素カプセルが影響を与えた基礎代謝量

加齢による基礎代謝の低下