阿拉斯加一分钟呼吸多少次?
这个实验应该是我做过的最蠢的实验了,不过也的确很有趣。 当时在知乎上看到了这个问题,顿时兴趣盎然,然后开始搜索相关论文。不搜不知道,一搜吓一跳,原来有很多科学家都曾经研究过这个有趣的问题! 但是,他们研究的都不是“呼吸频率”啊,而是“通气频率”——也就是每分钟内进了多少空气(相当于跑步机的跑速)。这跟我想象的有点不一样…… 于是我又以“呼吸频率”为关键词重新检索。结果只有一个文章提到“呼吸频率”这个概念,而且没有给出具体数值。但是这个文章的实验设计很值得参考。
这个文章认为,动物在运动或者紧张的时候,可能会增加呼吸频率;而寒冷、高温、缺氧可能抑制呼吸频率。所以作者设计了四种温度下(25°C/37°C/40°C/60°C)、四种缺氧程度(正常供氧/18%/15%/12%)以及两种运动状态(安静/自行车训练机)下的吸气频率和呼气频率,来观察对哺乳动物呼吸系统的影响。 这个实验设计非常棒!如果我能参加到这个实验中,那该多好啊……可惜那时候我才大一,实验室的师兄师姐也没有足够的耐心让我参
与这么复杂的项目。所以,我只能自己设计一个简单的实验来探索一下这个问题。 我的思路是这样的——因为人和动物的呼吸频率受多种生理因素影响,那么我能否找一种生理学指标,来间接反映呼吸频率呢?如果可行的话,就可以不用直接测量呼吸频率,而通过计算得到近似值。 这是一种比较聪明但不太靠谱的方法。
我当时学的基础生物学知识有限,不知道有比色法这个技术可以直接检测血液中氧气含量,也不知道可以通过测量血乳酸浓度来计算耗氧量。
只知道人体在运动时,血红蛋白的载氧能力会下降,非蛋白氨含量会增加。所以,我想到了测定血液中和蛋白结合的非蛋白氨的含量,来看看它跟人体耗氧量的关系。 然后我还想,既然耗氧量和运动强度有关,那么我就把被试分为两组,一组是耐力组(长跑),一组是力量组(深蹲),这样不就可以测出不同类型的运动对人的呼吸频率的影响了吗?
最后,我的实验做了这样: 被试:8位健康的大学生。 仪器:血气分析仪(自动检测血液中和蛋白结合的非蛋白氨的含量并计算耗氧量) 方法:被试用不同强度的运动进行测试。分别记录不同时间点的吸呼气体积、血液样品、以及血压等数据。 结果: 我得到了这一天内四组数据的平均值,分别是:
从图中可以看到,随着运动时间的延长,呼气和吸气的体积都在逐渐降低,说明人体的肺换气功能在不断降低。 在实验的第2分钟和第4分钟的时候,被试的血红蛋白含量出现了明显下降,说明此时机体处于缺氧状态,需要加快 呼吸频率补充氧气。但在实验的第8分钟和第10分钟时,情况却出现了逆转,这说明被试体内氧化酶活性增加,从而将过多的氢离子清除,血红蛋白含量上升。
为了验证这一点,我在实验的最后几分钟停止让被试继续运动,发现血红蛋白含量确确实实回升到接近基线的水平。 另外,我观察到被试在实验过程中出现了一些心理变化,比如刚开始进入实验室的时候还很自然,但是后来过了很久还是没开始测试就开始烦躁起来。这也从一个侧面证实了上述推测——由于运动导致机体缺氧,因此会出现心情不佳、易怒等情况,进而刺激机体加快 呼吸进程。