Anatómia és élettan II

Pihenés közben, a légzőrendszer állandó, ritmikus ütemben végzi funkcióit, amit az agy légzőközpontjai szabályoznak. Ebben az ütemben a szellőzés elegendő oxigént biztosít a test minden szövetéhez. Vannak azonban olyan időszakok, amikor a légzőrendszernek meg kell változtatnia funkcióinak ütemét, hogy alkalmazkodjon a szervezet oxigénigényéhez.

Hyperpnoe

A hyperpnoe a megnövekedett oxigénigény kielégítése érdekében megnövekedett mélységű és sebességű szellőzés, ahogyan az testmozgás vagy betegség, különösen a légzőszerveket vagy az emésztőrendszert érintő betegségek esetén előfordulhat. Ez nem változtatja meg jelentősen a vér oxigén- vagy szén-dioxid-szintjét, csupán a sejtek igényének kielégítése érdekében növeli a szellőzés mélységét és sebességét. Ezzel szemben a hiperventilláció a sejtek oxigénszükségletétől független megnövekedett szellőzési sebességet jelent, és a vér kórosan alacsony szén-dioxid-szintjéhez és magas (lúgos) vér-pH-hoz vezet.

Érdekes, hogy a testmozgás nem okoz hiperventillációt, ahogyan azt gondolnánk. A testmozgás során munkát végző izmok valóban megnövelik az oxigénigényüket, ami a szellőzés fokozódását serkenti. Úgy tűnik azonban, hogy a terhelés alatti hiperpnoe még azelőtt bekövetkezik, hogy az izmok oxigénszintjének csökkenése bekövetkezhetne. Ezért a hiperpnoét más mechanizmusoknak kell előidézniük, az oxigénszint csökkenése helyett vagy mellett. A terheléses hiperpnoe hátterében álló pontos mechanizmusok nem jól ismertek, és egyes hipotézisek némileg ellentmondásosak. Úgy tűnik azonban, hogy az alacsony oxigén-, a magas szén-dioxid- és az alacsony pH-szint mellett az idegrendszerrel és az agy légzőközpontjaival kapcsolatos tényezők összetett kölcsönhatása is fennáll.

Először is, a testmozgásra vagy a fizikai megterhelés más formájára vonatkozó tudatos döntés olyan pszichológiai ingert eredményez, amely az agy légzőközpontjait a szellőzés fokozására indíthatja. Ezenkívül az agy légzőközpontjai a fizikai aktivitásban részt vevő izomcsoportokat innerváló motoros neuronok aktiválásán keresztül is stimulálódhatnak. Végül a fizikai megterhelés stimulálja a proprioceptorokat, amelyek az izmokban, ízületekben és inakban található receptorok, amelyek érzékelik a mozgást és a nyújtást; a proprioceptorok így olyan ingert hoznak létre, amely szintén beindíthatja az agy légzőközpontjait. Ezek az idegi tényezők összhangban vannak a szellőzés hirtelen megnövekedésével, amely közvetlenül a testmozgás megkezdésekor figyelhető meg. Mivel a légzőközpontokat a pszichológiai, a motoros neuronok és a proprioceptorok ingerlik az egész edzés során, az a tény, hogy a szellőzés hirtelen csökkenése is bekövetkezik közvetlenül az edzés befejezése után, amikor ezek az idegi ingerek megszűnnek, tovább erősíti azt az elképzelést, hogy ezek részt vesznek a szellőzés változásainak kiváltásában.

Magaslégköri hatások

A magasság növekedése a légköri nyomás csökkenését eredményezi. Bár az oxigén aránya a légkörben lévő gázokhoz viszonyítva 21 százalék marad, parciális nyomása csökken (lásd az 1. táblázatot). Ennek következtében a szervezet számára nehezebb elérni ugyanazt az oxigéntelítettségi szintet nagy magasságban, mint alacsony magasságban, az alacsonyabb légköri nyomás miatt. Valójában a hemoglobin telítettsége alacsonyabb nagy magasságban, mint a tengerszinten mért hemoglobin telítettség. Például a hemoglobin telítettség körülbelül 67 százalékos 19 000 láb tengerszint feletti magasságban, míg tengerszinten körülbelül 98 százalékot ér el.

Táblázat 1. Az oxigén parciális nyomása különböző magasságokban
Példahely	Magasság (láb a tengerszint felett)	Légköri nyomás (mm Hg)	Az oxigén parciális nyomása (mm Hg)
New York City, New York	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike’s Peak, Colorado	14,000	447	94
Denali (Mt. McKinley), Alaszka	20,000	350	73
Mt. Everest, Tibet	29,000	260	54

Mint emlékszik, a parciális nyomás rendkívül fontos annak meghatározásában, hogy mennyi gáz képes áthaladni a légzőhártyán és belépni a tüdőkapillárisok vérébe. Az oxigén alacsonyabb parciális nyomása azt jelenti, hogy kisebb a parciális nyomáskülönbség az alveolusok és a vér között, így kevesebb oxigén jut át a légzőhártyán. Ennek következtében kevesebb oxigénmolekulát köt meg a hemoglobin. Ennek ellenére a test szövetei nagy magasságban is elegendő mennyiségű oxigénhez jutnak pihenés közben. Ez két fő mechanizmusnak köszönhető. Először is, a vérből a szövetekbe jutó oxigénmolekulák száma közel azonos a tengerszint és a nagy magasságok között. Tengerszinten a hemoglobin telítettsége magasabb, de az oxigénmolekuláknak csak egynegyede jut ténylegesen a szövetekbe. Nagy magasságban az oxigénmolekulák nagyobb hányada jut a szövetekbe. Másodszor, nagy magasságban az eritrociták nagyobb mennyiségű BPG-t termelnek, ami fokozza az oxigén disszociációját a hemoglobinból. A fizikai megerőltetés, mint például a síelés vagy a túrázás, magassági betegséghez vezethet, mivel nagy magasságban a vérben lévő oxigéntartalékok mennyisége alacsony. Tengerszinten a vénás vérben nagy mennyiségű oxigéntartalék van (annak ellenére, hogy a vénás vért “oxigénmentesnek” gondoljuk), amelyből az izmok fizikai megterhelés során meríthetnek. Mivel az oxigéntelítettség sokkal alacsonyabb a nagyobb magasságokban, ez a vénás tartalék kicsi, ami az alacsony vér oxigénszintjének kóros tüneteit eredményezi. Talán hallottál már arról, hogy fontos, hogy több vizet igyál, ha a megszokottnál nagyobb magasságban utazol. Ennek az az oka, hogy a szervezeted nagy magasságban fokozza a vizeletürítést (vizeletürítést), hogy ellensúlyozza az alacsonyabb oxigénszint hatását. A folyadékelvonással a vérplazma szintje csökken, de az eritrociták teljes száma nem. Ily módon az eritrociták összkoncentrációja a vérben megnő, ami segít a szöveteknek a szükséges oxigénhez jutni.

Az akut hegyi betegség (AMS) vagy magassági betegség olyan állapot, amely nagy magasságnak való akut kitettség következtében alakul ki, a nagy magasságban uralkodó alacsony oxigénparciális nyomás miatt. Az AMS jellemzően 2400 méter (8000 láb) tengerszint feletti magasságban fordulhat elő. Az AMS a vér alacsony oxigénszintjének következménye, mivel a szervezet akut módon nehezen alkalmazkodik az oxigén alacsony parciális nyomásához. Súlyos esetekben az AMS tüdő- vagy agyödémát okozhat. Az AMS tünetei közé tartozik a hányinger, hányás, fáradtság, szédülés, álmosság, tájékozatlanság, fokozott pulzus és orrvérzés. Az AMS egyetlen kezelése az alacsonyabb magasságba való leszállás; a farmakológiai kezelések és a kiegészítő oxigén azonban javíthatják a tüneteket. Az AMS megelőzhető a kívánt magasságra való lassú feljutással, a szervezet akklimatizálódásának lehetővé tételével, valamint a megfelelő folyadékpótlás fenntartásával.

Akklimatizáció

A nagy magasságú területekre való utazás különösen olyan helyzetekben okozhat AMS-t, amikor az emelkedés túl gyorsan történik. Az akklimatizáció az az alkalmazkodási folyamat, amelyet a légzőrendszer a nagy magasságnak való krónikus kitettség miatt végez. Egy bizonyos idő alatt a szervezet alkalmazkodik az oxigén alacsonyabb parciális nyomásához. Az oxigén alacsony parciális nyomása nagy magasságban a vérben lévő hemoglobin alacsonyabb oxigéntelítettségi szintjét eredményezi. Így viszont a szövetek oxigénszintje is alacsonyabb. Ennek eredményeképpen a vesék az eritropoetin (EPO) hormon termelésére serkentődnek, amely serkenti az eritrociták termelését, ami azt eredményezi, hogy a nagy magasságban hosszú időn keresztül nagyobb számú eritrocita kering az egyénben. Mivel több vörösvértest van, több hemoglobin segíti a rendelkezésre álló oxigén szállítását. Annak ellenére, hogy az egyes hemoglobinmolekulák telítettsége alacsony, több hemoglobin lesz jelen, és így több oxigén lesz a vérben. Idővel ez lehetővé teszi, hogy az illető fizikai megterhelésben vegyen részt anélkül, hogy AMS alakulna ki.

Kapiteli áttekintés

Normális esetben az agy légzőközpontjai következetes, ritmikus légzési ciklust tartanak fenn. Bizonyos esetekben azonban a légzőrendszernek alkalmazkodnia kell a szituációs változásokhoz annak érdekében, hogy a szervezetet elegendő oxigénnel lássa el. Például a testmozgás fokozott szellőzést eredményez, a nagy magasságnak való krónikus kitettség pedig nagyobb számú keringő eritrocitát eredményez. Úgy tűnik, hogy a hiperpnoe, a szellőzés sebességének és mélységének növekedése három idegi mechanizmus függvénye, amelyek közé tartozik egy pszichológiai inger, a vázizmok motoros neuronjainak aktiválása, valamint az izmok, ízületek és inak proprioceptorainak aktiválása. Ennek eredményeként a testmozgással kapcsolatos hiperpnoe a testmozgás megkezdésekor kezdődik, szemben azzal, amikor a szöveti oxigénigény ténylegesen megnő.

Ezzel szemben a nagy magasságnak való akut kitettség, különösen a fizikai megterhelés idején, valóban alacsony vér- és szöveti oxigénszintet eredményez. Ezt a változást a levegőben lévő oxigén alacsony parciális nyomása okozza, mivel a nagy magasságban a légköri nyomás alacsonyabb, mint a tengerszinten uralkodó légköri nyomás. Ez az akut hegyi betegség (AMS) nevű állapothoz vezethet, amelynek tünetei közé tartozik a fejfájás, a tájékozódási zavar, a fáradtság, a hányinger és a szédülés. Hosszú idő alatt az ember szervezete alkalmazkodik a nagy magassághoz, ezt a folyamatot nevezik akklimatizációnak. Az akklimatizáció során az alacsony szöveti oxigénszint hatására a vesék nagyobb mennyiségű eritropoetin hormont termelnek, amely serkenti az eritrociták termelését. A keringő eritrociták megnövekedett szintje megnövekedett mennyiségű hemoglobint biztosít, amely segít az egyén több oxigénnel való ellátásában, megelőzve az AMS tüneteit.

Self Check

Válaszoljon az alábbi kérdés(ek)re, hogy lássa, mennyire érti az előző részben tárgyalt témákat.

Glosszárium

akut hegyi betegség (AMS): az alacsony oxigénparciális nyomás miatt nagy magasságnak való akut kitettség következtében fellépő állapot

akklimatizáció: a légzőrendszer által a nagy magasságnak való krónikus kitettség következtében végbemenő alkalmazkodási folyamat

hiperpnoe:

hyperventilláció: megnövekedett lélegeztetési sebesség, amely a vér oxigén- vagy széndioxidszintjét nem változtatja meg jelentősen

hyperventilláció: a vér széndioxidszintjének abnormálisan alacsony és a vér magas (lúgos) pH-értékéhez vezető megnövekedett lélegeztetési sebesség

.