relationship between concentration and partial pressure. There is further binding of oxygen in the tissues to myoglobin ( Mb ), whose saturation curve is much like the standard Michaelis-Menten function rather than the sigmoidal shape of haemoglobin. The difference between these two curves arises from the greater affinity of myoglobin for oxygen which means oxygen is readily transferred from haemoglobin to myoglobin, improving the transfer rate from blood into tissue. The presence of myoglobin in muscles also provides some limited oxygen store and accounts for the colour of red meats.
رابطه بین تمرکز و فشار جزئی. اتصال بیشتر اکسیژن در بافت ها به میوگلوبین (Mb) وجود دارد که منحنی اشباع آن بسیار شبیه به عملکرد استاندارد Michaelis-Menten است تا شکل سیگموئیدال هموگلوبین. تفاوت بین این دو منحنی ناشی از میل بیشتر میوگلوبین به اکسیژن است که به این معنی است که اکسیژن به راحتی از هموگلوبین به میوگلوبین منتقل می شود و سرعت انتقال از خون به بافت را بهبود می بخشد. وجود میوگلوبین در ماهیچه ها همچنین مقداری ذخیره اکسیژن محدود را فراهم می کند و رنگ گوشت قرمز را به حساب می آورد.

A further aspect for the behaviour of the metabolic gases is that oxygen is consumed in the tissues and ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} is produced, requiring an additional metabolism term in the equation above. If we are interested in the total pressure of gas in solution in the tissue it is often a reasonable approximation to assume zero dissolved oxygen in tissue. This is because oxygen is rapidly metabolised (or bound). Equivalently, it is normal to include fixed fraction for the ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} that has been produced by metabolism.
جنبه دیگر برای رفتار گازهای متابولیک این است که اکسیژن در بافت ها مصرف می شود و ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} تولید می شود و نیاز به یک اصطلاح متابولیسم اضافی در معادله بالا دارد. اگر به فشار کل گاز در محلول در بافت علاقه مند باشیم، اغلب یک تقریب منطقی است که اکسیژن محلول صفر در بافت را فرض کنیم. این به این دلیل است که اکسیژن به سرعت متابولیزه می شود (یا متصل می شود). به طور معادل، طبیعی است که کسر ثابتی را برای آنچه ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} توسط متابولیسم تولید شده است، در نظر بگیریم.

Decompression Sickness (DCS), or ‘the bends’, is a known risk of SCUBA diving that is managed through controlled exposure to time spent at depth underwater. One of the symptoms of DCS is joint pains which can be partially relieved by bending the joint (hence the name), although this is more often seen in people who spend extended time working a higher than normal pressure, such as in commercial ‘saturation’ diving in the offshore oil industry.
بیماری رفع فشار (DCS) یا "خم شدن"، یک خطر شناخته شده غواصی است که از طریق قرار گرفتن در معرض کنترل شده زمان صرف شده در اعماق زیر آب مدیریت می شود. یکی از علائم DCS دردهای مفصلی است که می تواند تا حدی با خم شدن مفصل تسکین یابد (از این رو نام آن است)، اگرچه این بیشتر در افرادی دیده می شود که زمان طولانی را صرف کار با فشار بالاتر از حد معمول می کنند، مانند غواصی تجاری "اشباع" در صنعت نفت فراساحلی.
Whilst in this chapter we have focused on the metabolic gases of oxygen and carbon dioxide, air is primarily composed of inert nitrogen gas and it is this gas that is the culprit in DCS. Since a diver underwater is breathing air* at the same ambient pressure as the water around them, this creates an imbalance in concentration between the partial pressure of gas in the inspired air and that dissolved in the body tissues: during the time spent underwater there is an accumulation of nitrogen in different body tissues. When the diver returns to the surface and the pressure is released (decompression) the concentration imbalance is now in the opposite direction leading to a release of the dissolved gas. If the concentration difference is large enough, bubbles may form as a means to reduce the concentration difference, and it is these bubbles that can cause a range of muscular or neurological symptoms associated with DCS.
در حالی که در این فصل ما بر روی گازهای متابولیکی اکسیژن و دی اکسید کربن تمرکز کرده ایم، هوا در درجه اول از گاز نیتروژن بی اثر تشکیل شده است و این گاز است که مقصر DCS است. از آنجایی که یک غواص در زیر آب هوا را با همان فشار محیط آب اطراف خود تنفس می کند، این باعث ایجاد عدم تعادل در غلظت بین فشار جزئی گاز در هوای الهام شده و فشار محلول در بافت های بدن می شود: در طول مدت زمان سپری شده در زیر آب، تجمع نیتروژن در بافت های مختلف بدن وجود دارد. هنگامی که غواص به سطح باز می گردد و فشار آزاد می شود (رفع فشار)، عدم تعادل غلظت اکنون در جهت مخالف است که منجر به آزاد شدن گاز محلول می شود. اگر اختلاف غلظت به اندازه کافی بزرگ باشد، حباب ها ممکن است به عنوان وسیله ای برای کاهش اختلاف غلظت تشکیل شوند و این حباب ها هستند که می توانند طیف وسیعی از علائم عضلانی یا عصبی مرتبط با DCS را ایجاد کنند.
The mechanisms by which bubbles form in the body are not well understood but can be likened to the formation of bubbles in a fizzy drink. The main mechanism to control bubble formation, and thus to avoid DCS, is to control the pressure differences that arise during decompression, normally by controlling the ascent rate from depth and inserting ‘stops’ at shallower depths. The way that the rate and ‘stops’ are calculated typically uses compartmental models like those we have met in this chapter. These allow the effects of accumulation of nitrogen in different groups of tissues to be modelled based on the time spent at depth during the dive and thus the relevant concentration difference that will occur on decompression predicted.
مکانیسم هایی که توسط آن حباب ها در بدن تشکیل می شوند به خوبی درک نشده است، اما می توان آنها را به تشکیل حباب در یک نوشیدنی گازدار تشبیه کرد. مکانیسم اصلی برای کنترل تشکیل حباب، و در نتیجه جلوگیری از DCS، کنترل اختلاف فشاری است که در طول رفع فشار ایجاد می شود، به طور معمول با کنترل سرعت صعود از عمق و قرار دادن "توقف" در اعماق کم تر. روشی که نرخ و "توقف" محاسبه می شوند معمولا از مدل های بخشی مانند آنچه در این فصل ملاقات کرده ایم استفاده می کند. اینها اجازه می دهد تا اثرات تجمع نیتروژن در گروه های مختلف بافت ها بر اساس زمان صرف شده در عمق در طول غواصی مدل سازی شود و بنابراین اختلاف غلظت مربوطه که در رفع فشار رخ می دهد پیش بینی می شود.
*It is worth noting that divers carry normally carry air in the SCUBA tank and not as is commonly assumed pure oxygen, since oxygen is toxic at partial pressures much above 1 atmosphere. More advanced diving can use other gas mixtures, partly with the aim of reducing DCS.
* شایان ذکر است که غواصان به طور معمول هوا را در مخزن غواصی حمل می کنند و نه آنطور که معمولا اکسیژن خالص تصور می شود، زیرا اکسیژن در فشارهای جزئی بسیار بالاتر از 1 اتمسفر سمی است. غواصی پیشرفته تر می تواند از مخلوط های گازی دیگر استفاده کند، تا حدی با هدف کاهش DCS.

The standard measurement of blood oxygenation is the fraction of the carrying capacity of the blood that is being used: this is known as oxygen saturation. Pulse-oximetry is a widely used method for measuring the oxygen saturation of the blood. The sensor is placed in a thin part of the body, for example a fingertip or earlobe. It works by passing two distinct wavelengths of light through the body to a photodetector; the relative absorbance at the two wavelengths allows the oxygen saturation of arterial blood to be determined.
اندازه گیری استاندارد اکسیژن رسانی خون کسری از ظرفیت حمل خون است که مورد استفاده قرار می گیرد: این به عنوان اشباع اکسیژن شناخته می شود. پالس اکسیمتری یک روش پرکاربرد برای اندازه گیری اشباع اکسیژن خون است. سنسور در قسمت نازکی از بدن، به عنوان مثال نوک انگشت یا لاله گوش قرار می گیرد. با عبور دو طول موج مجزا از نور از طریق بدن به یک آشکارساز نوری کار می کند. جذب نسبی در دو طول موج اجازه می دهد تا اشباع اکسیژن خون شریانی تعیین شود.

The measurement relies upon the changes in colour of haemoglobin with oxygen saturation, thus pulse-oximetry strictly measures the percentage of haemoglobin that is loaded with oxygen. Since, as we have seen, haemoglobin is the main carrier of oxygen in the blood, this is a good measure of oxygen saturation of the blood. - Figure 9.6 shows the absorption spectra for both oxy- and deoxy-haemoglobin.
اندازه گیری به تغییرات رنگ هموگلوبین با اشباع اکسیژن متکی است، بنابراین پالس اکسیمتری به شدت درصد هموگلوبین بارگذاری شده با اکسیژن را اندازه گیری می کند. از آنجا که ، همانطور که دیدیم ، هموگلوبین حامل اصلی اکسیژن در خون است ، این اندازه گیری خوبی برای اشباع اکسیژن خون است. - شکل 9.6 طیف جذب اکسی و دئوکسی هموگلوبین را نشان می دهد.

Note that pulse oximetry works in the Near Infrared Region (NIR) of the light spectrum and exploits the distinctive differences in absorption seen in this region. Typically two wavelengths, 660 and 940 nm , are used and are sampled up to 30 times per second allowing changes in ambient light and also the amount of arterial blood present to be corrected for. Once the ratio of light transmission at the two wavelengths
توجه داشته باشید که پالس اکسیمتری در ناحیه مادون قرمز نزدیک (NIR) طیف نور کار می کند و از تفاوت های متمایز در جذب مشاهده شده در این منطقه بهره برداری می کند. به طور معمول از دو طول موج 660 و 940 نانومتر استفاده می شود و تا 30 بار در ثانیه نمونه برداری می شود که امکان تغییر در نور محیط و همچنین مقدار خون شریانی موجود را فراهم می کند. یک بار نسبت انتقال نور در دو طول موج

Whilst pulse oximetry is widely used for the measurement of oxygen saturation, the time course associated with the measurement of optical transmission, the photoplethysmogram (PPG), is less widely used. This signal captures the time varying blood volume in the skin associated with the differences between systolic and diastolic pressure in the arteries. Thus, it is possible to monitor heart rate from the PPG. It is also, theoretically, possible to monitor respiration, since changes in lung volume and that of the thoracic cavity affect the heart. This leads to small changes in systolic and diastolic pressures during the breathing cycle that might be detected from the PPG. Measuring such small changes is challenging, but this has not prevented attempts to measure vital signs using the light reflected from exposed areas of skin acquired using conventional digital video cameras.
در حالی که پالس اکسیمتری به طور گسترده ای برای اندازه گیری اشباع اکسیژن استفاده می شود، دوره زمانی مرتبط با اندازه گیری انتقال نوری، فوتوپلتیسموگرام (PPG)، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. این سیگنال زمان تغییر حجم خون در پوست را در ارتباط با تفاوت بین فشار سیستولیک و دیاستولیک در شریان ها ثبت می کند. بنابراین، می توان ضربان قلب را از طریق PPG کنترل کرد. همچنین از نظر تئوری می توان تنفس را کنترل کرد ، زیرا تغییر در حجم ریه و حفره قفسه سینه بر قلب تأثیر می گذارد. این منجر به تغییرات کوچکی در فشارهای سیستولیک و دیاستولیک در طول چرخه تنفسی می شود که ممکن است از PPG تشخیص داده شود. اندازه گیری چنین تغییرات کوچکی چالش برانگیز است، اما این مانع از تلاش برای اندازه گیری علائم حیاتی با استفاده از نور منعکس شده از نواحی در معرض پوست نشده است که با استفاده از دوربین های فیلمبرداری دیجیتال معمولی به دست آمده است.

One final aspect of the body’s behaviour that we will consider here is the regulation of the acid-base status. The maintenance of the pH of arterial blood between 7.35 and 7.45 is absolutely vital for the correct functioning of the human body. The most important influence on pH is the transport of ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} in the blood. The reaction equation that governs buffering is the same one we considered for ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} transport above. The expression for the ‘corrected’ rate constant can be re-arranged into the form:
یکی از جنبه های نهایی رفتار بدن که در اینجا در نظر خواهیم گرفت، تنظیم وضعیت اسید و باز است. حفظ pH خون شریانی بین 7.35 تا 7.45 برای عملکرد صحیح بدن انسان کاملا حیاتی است. مهمترین تأثیر بر pH حمل و نقل ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} در خون است. معادله واکنشی که بر بافر حاکم است همان معادله ای است که در بالا برای ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} حمل و نقل در نظر گرفتیم. عبارت ثابت نرخ "اصلاح شده" را می توان دوباره به شکل مرتب کرد:

where $pH=-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]$$pH=-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]$pH=-log[H^(+)]p H=-\log \left[\mathrm{H}^{+}\right]and $p{K}_A=-\log \left(K_A\right)=6.1$$p{K}_A=-\log \left(K_A\right)=6.1$pK_(A)=-log(K_(A))=6.1p K_{A}=-\log \left(K_{A}\right)=6.1. This is the Henderson-Hasselbalch equation. The concentration of ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} is approximately proportional to the partial pressure of ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2}. The fact that the concentrations of both bicarbonate and carbon dioxide can be independently controlled, by the kidneys and the lungs respectively, means that it proves relatively straightforward to maintain pH at a constant level. This is achieved by the autonomic nervous system that we will meet in Chap. 10.
که در آن $pH=-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]$$pH=-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]$pH=-log[H^(+)]p H=-\log \left[\mathrm{H}^{+}\right] و $p{K}_A=-\log \left(K_A\right)=6.1$$p{K}_A=-\log \left(K_A\right)=6.1$pK_(A)=-log(K_(A))=6.1p K_{A}=-\log \left(K_{A}\right)=6.1 . این معادله هندرسون-هاسلبالچ است. غلظت تقریبا ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} متناسب با فشار ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} جزئی است. این واقعیت که غلظت بی کربنات و دی اکسید کربن را می توان به طور مستقل ، به ترتیب توسط کلیه ها و ریه ها کنترل کرد ، به این معنی است که حفظ pH در سطح ثابت نسبتا ساده است. این توسط سیستم عصبی خودمختار که در فصل 10 ملاقات خواهیم کرد ، حاصل می شود.

(a) Derive the Henderson-Hasselbalch equation from the ‘corrected’ equilibrium constant in Exercise C.
(الف) معادله هندرسون-هاسلبالچ را از ثابت تعادل "اصلاح شده" در تمرین C استخراج کنید.
(b) Given that the concentration of ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} can be linearly related to the partial pressure of ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2}, with an Ostwald constant of $0.03\mathrm{mM}/\mathrm{mmHg}$$0.03\mathrm{mM}/\mathrm{mmHg}$0.03mM//mmHg0.03 \mathrm{mM} / \mathrm{mmHg}, calculate the pH value for a partial pressure of 40 mmHg and a concentration of bicarbonate of 24 mM .
(ب) با توجه به اینکه غلظت ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} می تواند به صورت خطی مربوط به فشار جزئی ${\mathrm{CO}}_2$${\mathrm{CO}}_2$CO_(2)\mathrm{CO}_{2} ، با ثابت استوالد باشد $0.03\mathrm{mM}/\mathrm{mmHg}$$0.03\mathrm{mM}/\mathrm{mmHg}$0.03mM//mmHg0.03 \mathrm{mM} / \mathrm{mmHg} ، مقدار pH را برای فشار جزئی 40 میلی متر جیوه و غلظت بی کربنات 24 میلی مولار محاسبه کنید.