Гипометаболизм у северян в условиях действия низких температур

УДК 612.225:612.015.3

ГИПОМЕТАБОЛИЗМ У СЕВЕРЯН В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Олег Витальевич ГРИШИН, Нина Витальевна УСТЮЖАНИНОВА

НИИ физиологии СО РАМН 630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4

Проведено исследование функции внешнего дыхания у 102 здоровых мужчин-строителей, проживавших на севере Тюменской области от 3 месяцев до 6 лет. Изучались показатели легочной вентиляции и газообмена, динамика потребления кислорода. Установлено, что при длительном действии холода и гипоксии постепенно развивается гипометаболизм, т. е. снижение энерготрат в ответ на экстремальные воздействия. Показано, что гипометаболизм делится на два основных типа: первичный является следствием вынужденного энергодефицита, возникающего у здорового человека при действии различных факторов, вторичный развивается постепенно, как адаптивная отсроченная реакция в ответ на часто повторяющееся или длительно существующее состояние энергодефицита.

Ключевые слова: гипометаболизм, гипоэргоз, потребление кислорода, адаптация.

Энергосберегающий гипометаболизм в ответ на снижение температуры окружающей среды описан в основном у мелких животных [1, 2]. По мнению А.Д. Слонима [3], понятие гипометаболизма у животных базируется на том, что «основной, или стандартный, метаболизм гомойотермных животных — млекопитающих и птиц — является функцией 3/4 массы тела». В последнее время в эти расчеты был внесен ряд уточнений. Пониженный общий метаболизм отмечается у пустынных животных. Чрезвычайно низкий уровень тепло -продукции был обнаружен в многочисленных исследованиях у кенгуровых крыс, населяющих пустыни и аридные области Северной Америки, а также различных видов песчанок и сусликов — обитателей пустынь Европы [3]. У роющих грызунов установлен очень низкий уровень основного обмена и низкая летальная температура.

Гипометаболизм на холоде у человека как феномен изучен гораздо меньше, чем у животных. Первые сообщения были сделаны A. Hemingway [4], который показал, что в естественных условиях у бушменов пустыни Калахари при температуре воздуха от 0 до —3 °С снижается средняя температура тела и уровень метаболизма. Очевидно, в основе этого явления лежит снижение кислородного запроса и, как следствие, уменьшение вентиляции легких и теплопотерь [5]. Если на холоде создавать дополнительные условия гипоксии (дополнительный энергодефицит), то этот эффект усиливается.

Исследования на Севере, проведенные в нашей лаборатории, дали целый ряд фактов, подтверждающих энергосберегающую стратегию у человека. Было установлено, что снижение энергетического

запроса тесно связано с гипоэргозом гипоксиче-ского происхождения [6]. Исходя из предположения, что работающие на открытом воздухе северяне постоянно подвергаются сочетанному воздействию холода и гипоксии, была определена цель настоящей работы — изучить проявление гипометаболизма у пришлых северян в зависимости от стажа работы.

Материал и методы

Для изучения динамики легочного газообмена при дыхании холодным воздухом были обследованы 128 здоровых мужчин, проживших на севере Тюменской области (66° с.ш., зона лесотундры) от 3 месяцев до 15 лет (из них 102 человека — от 3 месяцев до 6 лет, 17 человек — 7—10 лет и 9 человек — больше 15 лет). Все обследованные были рабочими-строителями в возрасте от 20 до 33 лет. В приполярный поселок под Новым Уренгоем мужчины приехали из районов с умеренным климатом Украины, Молдавии или юга России. По роду деятельности каждый из них по 5—6 часов находился вне помещения, выполняя на холоде физическую нагрузку, соответствующую профессии каменщика, плотника, стропальщика и других строительных специальностей. Обследования проводили в течение 2 лет в январе — феврале при среднемесячной температуре воздуха от —22 до —26 °С.

Были сформированы группы со сроком проживания до 1 года (1-я группа) от 1 до 3 лет включительно (2-я), от 3 до 5 лет включительно (3-я) и более 5 лет (4-я). По росту, массе тела и возрасту все обследованные относились к единой совокупности. Средние значения показателей антропометрии во всех группах достоверно не различались, имели нормальное распределение и со-

Гришин О.В. — д.м.н., зав. лаборатории физиологии дыхания; e-mail: ovg@physiol.ru Устюжанинова Н.В. — к.б.н., ст.н.с. лаборатории физиологии дыхания

ответствовали среднеевропейским (средняя масса тела 71,6 ± 9,4 кг, рост 173,7 ± 5,4 см).

Интенсивность обмена определяли методом непрямой калориметрии. Показатели легочной вентиляции и газообмена: минутный объем дыхания (МОД), частоту дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), потребление кислорода (ПО2), коэффициент использования кислорода (КИО2) рассчитывали по оксиспирограммам. Все значения показателей, за исключением КИО2, нормировали, то есть выражали в процентах от должных значений для данного возраста, роста и массы тела. Потребление кислорода и другие показатели легочного газообмена регистрировали в состоянии физиологического покоя в положении сидя, при котором обмен принято называть полуосновным. Оценку энерготрат или уровня метаболизма целостного организма проводили путем сравнения ПО2 в состоянии покоя с должными, без учета выделения из организма углекислоты (ВСО2) и без дыхательного коэффициента (ДК). Для расчета функционального мертвого пространства (ФМП) анализировали газовый состав общего выдыхаемого и альвеолярного воздуха (более подробно методика описана ранее) [7, 8].

Все исследования выполнены с информированного согласия испытуемых и в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации (2000 г.).

Обработку данных проводили с использованием стандартных программ вариационной статистики. Результаты представляли в виде М ± SD, где М — среднее арифметическое значение, SD — стандартное отклонение. Функциональные показатели сравнивали методом дисперсионного анализа с использованием критерия Тьюки в группах с разным сроком проживания. Значения с р < 0,05 принимались как статистически значимые.

Результаты и обсуждение

Наличие гипометаболизма у обследованных определяли при отклонении параметра потребления кислорода ниже нормативных границ должных величин более чем на 15 %. В таблице 1 представлены данные встречаемости его при исследовании в комфортных условиях помещения. Из нее сле-

Минутный объем дыхан ия к должному, %

Рис. 1. Распределение показателей минутного объема дыхания в % к должным значениям у здоровых рабочих-строителей с гипометаболизмом

дует, что по мере увеличения продолжительности проживания на Севере, при постоянно действующих экстремальных факторах, встречаемость гипометаболизма у рабочих строителей в зимнее время года возрастает в среднем на 4 % в год, во всяком случае, в периоды становления адаптации и устойчивой адаптации (р < 0,01). Снижение ПО2 при проживании на Севере у жителей Магаданской области уже было описано ранее [9], однако этот факт с гипометаболизмом авторы не связывали.

Проявления гипометаболизма у обследованных мужчин были неоднородны. Потребление кислорода обеспечивалось различным уровнем легочной вентиляции. На рисунке 1 приведены значения МОД у 20 здоровых рабочих со сниженным энергообменом. Распределение достоверно бимодальное: с гиповентиляцией и неэффективной нормальной вентиляцией. У первых (14 человек, 70 %) легочная вентиляция уменьшена до нижней границы нормы или даже выходит за ее пределы, то есть соответствует уменьшенному ПО2, а эффективность остается на нормальном уровне. У этих людей имеет место типичное гипопноэ. Можно предположить, что у них сформировался адаптивный гипометаболизм, развивающийся как следствие гиперметаболического гипоэргоза, возникающего при физической нагрузке в сочетании

Таблица 1

Интенсивность энергетических процессов у здоровых рабочих-строителей с разной продолжительностью

проживания в регионе Севера

Срок проживания п Встречаемость

Гиперметаболизм Норма Гипометаболизм

До 1 года 7 0 100 0

От 1 до 4 лет 70 17,4 63,8 18,8

От 4 до 6 лет 25 4,0 68,0 28,0

Всего 102 12,9 67,3 19,8

с действием на организм низкой температуры (первая форма). Вторая форма — это адаптивный респираторный гипометаболизм, который был обнаружен ранее у шахтеров [10]. Однако в отличие от шахтеров у северян он возникает в результате ограничения газообмена в респираторных отделах легких при дыхании холодным воздухом.

Наличие выраженного гиперметаболизма у жителей Севера в зимнее время года и его следствия — гиперметаболического гипоэргоза — было установлено нами в предыдущих работах [7, 11]. На основании этих исследований выдвигалось предположение, что холодовой гиперметаболизм при работе на открытом морозном воздухе создает условия гипоэргоза и может быть причиной вторичного, или адаптивного, гипометаболизма, снижающего энергетический запрос в организме [8], что можно зарегистрировать в комфортных условиях.

Для выявления вторичного (адаптивного) гипометаболизма в процессе адаптации на Севере исследовали динамику ПО2 в состоянии покоя у лиц с различной продолжительностью проживания в этом регионе (табл. 2). Из таблицы 2 следует, что в 4-й группе (северный стаж 5—10 лет) ПО2 достоверно меньше, чем у рабочих с продолжительностью проживания на Севере до 3 лет (в 1-й и 2-й группе; р < 0,05). Это указывает на снижение энерготрат в состоянии покоя по мере развития адаптационных процессов. Последнее находит отражение в показателях легочного газообмена. У лиц 1-го года проживания ПО2 обеспечивается достоверно повышенной вентиляцией, которая больше, чем в 4-й группе, на 20 %. Соответственно КИО2 в 1-й группе значительно снижен. Такой тип вентиляции соответствует гипервентиляции, что уже неоднократно отмечалось у северян-новоселов в течение первого года проживания [12].

Снижение эффективности вентиляции характерно для первого периода адаптации [13]. Обращает внимание, что нормализация эффективности вентиляции совпадает со снижением ФМП.

В 4-й группе ФМП ниже, чем у лиц 2-й и 3-й групп на 11—12 % (р < 0,05). Таким образом, у северян в стадии устойчивой адаптированности, наступающей в среднем через 4—5 лет, наблюдается относительное уменьшение энерготрат в покое на фоне повышения эффективности легочного газообмена [13, 14]. Поэтому для адаптированных северян характерно пониженное потребление кислорода.

Со временем состояние устойчивой адаптации сменяется дизаптационными функциональными расстройствами. По наблюдениям исследователей, этот период наступает через 10—15 лет и часто связан с более ранним развитием хронических заболеваний [11, 15].

Продолжительное проживание на Севере закономерно чаще встречается у лиц старшей возрастной группы (5-я группа, 40—57 лет). Это обычно не позволяет проводить сравнительный анализ с целью определения влияния северного стажа на состояние энерготрат и функции внешнего дыхания. Вместе с этим хотелось бы привести результаты обследования мигрантов, живущих на Севере более 15 лет. Уровень ПО2 у них полностью соответствовал норме, составляя 99 % должного, эффективность вентиляции также оставалась в пределах нормы, среднее значение КИО2 было 36,7 ± 10,3. Таким образом, у северян с большим стажем работы в условиях низких температур энерготраты в покое снова соответствуют норме.

Изучения состояния обмена у северян проводились многократно и до наших исследований, однако результаты имели противоречивый характер: в одних случаях наблюдали увеличение ПО2, в других — снижение. На наш взгляд, проблема, помимо индивидуальных особенностей, заключается в сложной динамике ПО2, зависящей как от сезона года, так и от режима труда. Поэтому трактовка гипометаболизма северян требовала дополнительных доказательств.

Для подтверждения (или опровержения) адаптивного характера выявленного гипометаболизма

Таблица 2

Показатели аппарата вентиляции и легочного газообмена у мигрантов-северян, рабочих-строителей, с разным северным стажем

Показатели Группа 1, 0-1 год, п = 8 Группа 2, 1-3 года, п = 54 Группа 3, 3-5 лет, п = 26 Группа 4, 5-10 лет, п = 31

ПО2 (в % к ДПО2) 100 99 95 93

ПО2 (мл/мин) 307 ± 13 315 ± 56 302 ± 50 279 ± 44*

ПО2 (на кг массы тела) 4,34 ± 0,40 4,32 ± 0,50 3,97 ± 0,55 3,93 ± 0,46*

ДО (мл) 750 ± 220 717 ± 172 710 ± 190 674 ± 174

МОД (л/мин) 11,3 ± 2,2* 10,2 ± 2,2 9,8 ± 2,0 9,0 ± 1,8

КИО2 34,3 ± 4,8* 38,8 ± 1,2 38,6 ± 8,0 38,7 ± 7,8

ФМП (мл) - 233 ± 42 235 ± 51 206 ± 42*

Примечание: * — различия между группами достоверны, р < 0,05.

Таблица 3

Показатели внешнего дыхания у здоровых мигрантов-северян через один год в период стабилизации адаптации

Показатели Февраль 1987 Февраль 1988 Изменение (%) и его достоверность

ПО2 (мл/мин) 338 ± 72 277 ± 49 - 18; р < 0,01

ПО2 (на кг массы тела) 4,50 ± 1,00 3,69 ± 0,72 - 18; р < 0,01

ДО (мл) 800 ± 210 615 ± 135 - 23; р < 0,01

ЧД (дых./мин) 13,6 ± 3,2 14,7 ± 3,2 + 8; р > 0,05

МОД (л/мин) 10,5 ± 2,7 8,81 ± 1,8 - 16; р < 0,01

КИО2 40,6 ± 12,6 39,2 ± 8,6 - 4; р > 0,05

у некоренных северян провели лонгитудинальное наблюдение. 20 мужчин обследовали через год в том же поселке в феврале при среднемесячной температуре -26 °С. Антропометрические данные обследованных достоверно не отличались от общей группы, а их изменение в течение года оставалось в пределах 1 % и не имело существенного значения для результатов настоящего наблюдения. Возраст северян при первом обследовании варьировал от 20 до 31 года, а северный стаж - от 1 до 6 лет, в среднем составляя 3 года (38,2 ± 19,6 месяцев). Таким образом, продолжительность проживания обследованных в регионе Севера находилась в границах развития наиболее существенных морфо-функциональных перестроек процесса адаптации. Результаты сравнения годовой динамики представлены в таблице 3.

В целом выявленные изменения ПО2 вполне соответствуют результатам сравнения 4-х групп с различным сроком проживания на Севере (табл. 2). Прежде всего обращает на себя внимание достоверное снижение энерготрат в покое (на 19 %). Столь значительная динамика привела к тому, что при сравнении с должными ПО2 обследованных северян снизилось со 107 % в первый год наблюдения до 88 % во второй. Последнее характеризует пониженный уровень ПО2 в покое. Соответственно снижению энерготрат и ПО2 наблюдается уменьшение объема легочной вентиляции за счет уменьшения глубины дыхания. Эффективность вентиляции при этом осталась неизменной, что подтверждает факт уменьшения ПО2 как проявление отсроченной физиологической реакции.

Таким образом, развитие гипометаболизма по мере адаптации северян, показанного при сравнении 4-х групп с разной длительностью проживания в регионе, подтверждается лонгитудинальным наблюдением. Помимо уже известных изменений легочного газообмена в первый год работы на Севере, характеризующегося пониженной эффективностью вентиляции, и его повышением ко 2-му году северного стажа, наблюдается отчетливая динамика ПО .

Повторяющиеся гипоксические состояния у человека в условиях низких температур можно представить следующим образом (рис. 2). Дыхание на холоде приводит к уменьшению вентиляции легких и напряжения кислорода в альвеолярном газе (РАО2) [6, 8, 16, 17]. Вместе с этим из-за повышения теплопотерь, а также из-за увеличения бронхиального сопротивления возрастают энерготраты, дыхание на холоде требует усиления газообмена [18]. Ограничение вентиляции при понижении температуры воздуха и (или) при выполнении физической

Х О Л О Д

О Р Г А Н И З М

Защитные реакции, ограничиваю-

щие легочный газообмен:

Усиление функций, - бронхоспазм;

обеспечивающих - ограничение вентиляции легких;

гомеостаз - сосудистые реакции

энергообмен

энергетическии запрос

Энергетиче -ский конфликт

Гипоэргоз, или биоэнергетический дефицит Острое действие Хроническое действие

Рис. 2. Схема формирования

адаптивного гипометаболизма

нагрузки приводит к прогрессирующему падению РАО2 [7]. При дальнейшем понижении температуры воздуха интенсивность обмена не увеличивалась, что было расценено нами как энергосберегающая реакция, связанная со снижением теплопотерь на фоне ограничения вентиляции легких [11].

Заключение

Представленные в настоящем исследовании результаты позволяют утверждать, что у здоровых людей, проживающих в регионах Севера и работающих на открытом воздухе, может развиваться гипометаболизм, то есть снижение потребления кислорода ниже нормативных величин. Гипометаболизм делится на два основных вида. Первичный гипометаболизм — это результат респираторной гипоксии, которая на холоде является следствием защитных реакций, направленных на ограничение поступления низкотемпературного воздуха в дыхательные пути. Первичный гипометаболизм является проявлением гипоэргоза (энергодефицита), компенсируемого усилением анаэробных процессов. Второй тип гипометаболизма развивается в результате адаптации к часто повторяющемуся состоянию гипоэргоза. Такой гипометаболизм мы считаем адаптивным. Эта метаболическая отсроченная реакция направлена на снижение энерготрат организма и, тем самым, — уменьшение нагрузки на системы, обеспечивающие энергообмен, в частности, на систему транспорта кислорода, к которой относится внешнее дыхание. Отсутствие адаптивного гипометаболизма у северян с большим стажем проживания указывает на то, что эта энергосберегающая реакция не является стабильной.

Список литературы

1. Пастухов Ю.Ф., Поляков Е.Л., Чепкасов И.Е. Парадоксальный сон — индикатор разных форм гипометаболизма у млекопитающих и птиц // Докл. АН. 1998. 358. (1). 131-133.

Pastukhov U.F., Poliakov E.L., Chepkasov I.E. Paradoxical sleep — an indicator of various forms of hypometabolism in mammals and birds // Dokl. AN. 1998. 358. (1). 131—133.

2. Hicks J. W., Wang T. Hypoxic hypometabolism in the anesthetized turtle, Trachemys scripta // Am. J.Physiol. 1999. 277. R18—R23.

3. Слоним А.Д. Адаптация к тропикам и ги-пометаболические организмы // В кн. Экологическая физиология животных. Ч. 3. Физиология животных в различных физико-географических зонах. Л.: Наука, 1982. 169—177.

Slonim A.D. Adaptation to the tropics and hypometabolic organisms // In a book Environmental physiology of animals. P. 3. Physiology of animals in different physio-geographic zones. L.: Nauka, 1982. 169—177.

4. Hemingway A., Birzis L. Effect of hypoxia on shivering // J. Appl. Physiol. 1956. 8. 577—579.

5. Симонова Т.Г. Тепло- и влагообмен в дыхательных путях // Физиол. дыхания. СПб., 1994. 139-158.

Simonova T. G. Heat and moisture exchange in the airways // Fiziol. dykhaniya. SPb., 1994. 139158.

6. Гришин О.В., Устюжанинова Н.В. Дыхание на Севере. Новосибирск, 2006. 246 с.

Grishin O.V., Ustyuzhaninova N.V. Breathing in the North. Novosibirsk, 2006. 246 p.

7. Гришин О.В., Симонова Т.Г. Легочная вентиляция и газообмен при дыхании воздухом разных температур // Физиол. человека 1998. 24. (5). 44-47.

Grishin O.V., Simonova T.G. Pulmonary ventilation and gas exchange while breathing at different temperatures // Human Physiol.1998. 24. (5). 44-47.

8. Grishin O.V., Ustuzaninova N.V. The influence of cold on energy expenditure at rest and during exercise in person in the North // Alaska Med. 2007. 49. 213-218.

9. Шишкин Г. С., Петрунев С.А. Регионарные нормы вентиляции и газообмена в осенне-зимний период у пришлого населения Магаданской области // Тез. докл. научно-практич. конф. «Некоторые особенности заболеваний коренного и пришлого населения Чукотки». Новосибирск, 1984. 97-98.

Shishkin G.S., Petrunev S.A. The region standards of ventilation and gas exchange during autumn and winter in alien population at Magadan region // Abstr. scientific-practical conference «Some features of diseases alien and native population of Chukotka». Novosibirsk, 1984. 97-98.

10. Шишкин Г.С., Гришин О.В., Гультяева В.В. Зависимость кислородного запроса организма от состояния аппарата внешнего дыхания у шахтеров // Консилиум. 2001. (1). 6-9.

Shishkin G.S., Grishin O.V., Gul’tyaeva V.V. Dependence of the body oxygen request from the external respiration status in coal miners // Councilium. 2001. (1). 6-9.

11. Гришин О.В., Митрофанов И.М., Шур-гая А.М. и др. Изменение легочного газообмена при дыхании холодным воздухом у некоренных жителей Севера // Физиол. человека. 1998. 23. (6). 1-6.

Grishin O.V., Mitrofanov I.M., Shurgaya A.M. et al. Pulmonary gas exchange alterations while cold air breathing in non-residents of the North // Fiziol. cheloveka. 1998. 23. (6). 1-6.

12. Шишкин Г.С., Куличевский Д.В., Петрунев С.А., Гришин О.В. Механизмы гипервентиляции у жителей Севера // Вестник РАМН. 1994. (2). 34-36.

Shishkin G.S., Kulichevskii D.V., Petrunev S.A., Grishin O. V. Hyperventilation mechanisms in residents of the North // Bul. RAMS. 1994. (2). 34-36.

13. Казначеев В.П. Современные аспекты адаптации. Новосибирск, 1980. 190 с.

Kaznacheev V.P. Modern aspects of adaptation. Novosibirsk, 1980. 190 p.

14. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Марачев А.Г., Милованов А.П. Патология человека на Севере. М.: Медицина, 1985. 250 с.

Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A., Marachev A.G., Milovanov A.P. Human pathology at the North. M.: Medicine, 1985. 250 p.

15. Митрофанов И.М., Шургая А.М., Гришин О.В. и др. Оценка комплексного влияния факторов риска на возникновение и развитие хронической патологии в условиях Севера по данным эпидемиологических обследований Центра ВОЗ/СИНДИ «Новосибирск — Мирный» // Бюл. СО РАМН. 1996. (1). 49—55.

Mitrofanov I.M., Shurgaya A.M., Grishin O.V. et al. Evaluation of the combined effect of risk factors on the emergence and development of chronic diseases at the North according to data of the Center for Epidemiological surveys of the WHO/SINDI

«Novosibirsk — Mirny» // Byul. SO RAMN. 1996. (1). 49—55.

16. Wagner J.A., Horvath S.M. Influence of age and gender in human the regulation responses to cold exposure // J. Appl. Physiol. 1985. 58. (1). 180—185.

17. Шишкин Г.С., Гришин О.В., Никольская О.Э., Ершов Е.В. Изменение функции внешнего дыхания у рабочих-строителей в натурных зимних условиях севера Западной Сибири. // Бюл. СО РАМН. 1992. (1). 45—48.

Shishkin G.S., Grishin O.V., Nikolskaya O.E., Ershov E. V. Changes of lung function in construction workers in natural winter conditions at north of West Siberia. // Byul. SO RAMN.1992. (1). 45—48.

18. Якименко М.А., Симонова Т.Г. Терморегуляция и дыхание // Проблемы терморегуляции и температурной адаптации. Новосибирск, 1992. 24—29.

Yakimenko M.A., Simonova T.G. Thermoregulation and respiration // Problems of thermoregulation and temperature adaptation. Novosibirsk, 1992. 24—29.

HYPOMETABOLISM OF NORTHERNERS UNDER LOW TEMPERATURE CONDITIONS

Oleg Vital’evich GRISHIN, Nina Vital’evna USTYUZHANINOVA

Institute of Physiology SB RAMS 630117, Novosibirsk, Timakov st., 4

A study of respiratory function in 102 healthy men-construction workers who lived in the north of the Tyumen region from 3 months to 6 years, was provided. The indices of pulmonary ventilation, gas exchange and oxygen consumption dynamics have been researched. We have found the gradual development of hypometabolism under the long-term effects of cold and hypoxia, i. e. reduction of energy consumption in response to extreme exposure. It has been shown that hypometabolism is divided into two main types: the primary one is the result of forced energy deficiency arising in a healthy person under the influence of various factors. Secondary hypometabolism develops gradually, as the adaptive delayed reaction in response to the often-repeated or long-existing states of energy deficiency.

Key words: hypometabolism, energy starvation oxygen consumption, adaptation.

Grishin O.V. — doctor of medical sciences, head of laboratory for respiratory physiology; e-mail: ovg@physiol.ru Ustyuzhaninova N.V. — candidate of biological sciences, senior scientific researcher of laboratory for respiratory physiology