Anatomie și fiziologie II

În repaus, sistemul respirator își îndeplinește funcțiile într-un ritm constant, ritmic, reglat de centrii respiratori ai creierului. În acest ritm, ventilația asigură o cantitate suficientă de oxigen pentru toate țesuturile organismului. Cu toate acestea, există momente în care sistemul respirator trebuie să modifice ritmul funcțiilor sale pentru a se adapta la cererea de oxigen a organismului.

Hiperpnee

Hiperpneea este o adâncime și o rată crescută de ventilație pentru a satisface o creștere a cererii de oxigen, așa cum ar putea fi observată în timpul exercițiilor fizice sau în caz de boală, în special în cazul bolilor care vizează tractul respirator sau digestiv. Aceasta nu modifică semnificativ nivelurile de oxigen sau de dioxid de carbon din sânge, ci doar crește adâncimea și rata de ventilație pentru a satisface cererea celulelor. În schimb, hiperventilația este o rată de ventilație crescută care este independentă de nevoile celulare de oxigen și care duce la niveluri anormal de scăzute ale dioxidului de carbon din sânge și la un pH ridicat (alcalin) al sângelui.

Interesant este faptul că exercițiul fizic nu provoacă hiperpnee, așa cum s-ar putea crede. Mușchii care prestează muncă în timpul exercițiului își cresc într-adevăr cererea de oxigen, stimulând o creștere a ventilației. Cu toate acestea, hiperpneea în timpul exercițiului pare să apară înainte de a se putea produce o scădere a nivelului de oxigen în mușchi. Prin urmare, hiperpneea trebuie să fie determinată de alte mecanisme, fie în locul, fie în plus față de o scădere a nivelului de oxigen. Mecanismele exacte care stau la baza hiperpneei la efort nu sunt bine înțelese, iar unele ipoteze sunt oarecum controversate. Cu toate acestea, pe lângă nivelul scăzut de oxigen, nivelul ridicat de dioxid de carbon și nivelul scăzut al pH-ului, se pare că există o interacțiune complexă de factori legați de sistemul nervos și de centrii respiratori ai creierului.

În primul rând, o decizie conștientă de a participa la exerciții fizice, sau o altă formă de efort fizic, are ca rezultat un stimulent psihologic care poate declanșa centrii respiratori ai creierului pentru a crește ventilația. În plus, centrii respiratori ai creierului pot fi stimulați prin activarea neuronilor motori care inervează grupele de mușchi care sunt implicate în activitatea fizică. În cele din urmă, efortul fizic stimulează proprioceptorii, care sunt receptori localizați în interiorul mușchilor, articulațiilor și tendoanelor, care simt mișcarea și întinderea; proprioceptorii creează astfel un stimul care poate declanșa, de asemenea, centrii respiratori ai creierului. Acești factori neuronali sunt în concordanță cu creșterea bruscă a ventilației care se observă imediat ce începe exercițiul fizic. Deoarece centrii respiratori sunt stimulați de intrările psihologice, ale neuronilor motori și ale proprioceptorilor pe tot parcursul exercițiului, faptul că există, de asemenea, o scădere bruscă a ventilației imediat după terminarea exercițiului, când acești stimuli neuronali încetează, susține și mai mult ideea că aceștia sunt implicați în declanșarea modificărilor de ventilație.

Efecte la altitudine mare

O creștere a altitudinii are ca rezultat o scădere a presiunii atmosferice. Deși proporția de oxigen în raport cu gazele din atmosferă rămâne la 21 la sută, presiunea sa parțială scade (vezi tabelul 1). Ca urmare, este mai dificil pentru un organism să atingă același nivel de saturație a oxigenului la altitudine mare decât la altitudine mică, din cauza presiunii atmosferice mai scăzute. De fapt, saturația hemoglobinei este mai mică la altitudini mari în comparație cu saturația hemoglobinei la nivelul mării. De exemplu, saturația hemoglobinei este de aproximativ 67 la sută la 19.000 de picioare deasupra nivelului mării, în timp ce la nivelul mării ajunge la aproximativ 98 la sută.

Tabelul 1. Presiunea parțială a oxigenului la diferite altitudini
Localizare de exemplu	Altitudine (picioare deasupra nivelului mării)	Presiunea atmosferică (mm Hg)	Presiunea parțială a oxigenului (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), Alaska	20.000	350	73
Mt. Everest, Tibet	29.000	260	54

După cum vă amintiți, presiunea parțială este extrem de importantă în determinarea cantității de gaz care poate traversa membrana respiratorie și intra în sângele capilarelor pulmonare. O presiune parțială mai mică a oxigenului înseamnă că există o diferență mai mică de presiuni parțiale între alveole și sânge, astfel încât mai puțin oxigen traversează membrana respiratorie. Ca urmare, mai puține molecule de oxigen sunt legate de hemoglobină. În ciuda acestui fapt, țesuturile corpului primesc în continuare o cantitate suficientă de oxigen în timpul repausului la altitudini mari. Acest lucru se datorează a două mecanisme majore. În primul rând, numărul de molecule de oxigen care intră în țesut din sânge este aproape egal între nivelul mării și altitudinile mari. La nivelul mării, saturația hemoglobinei este mai mare, dar doar un sfert din moleculele de oxigen sunt eliberate efectiv în țesuturi. La altitudini mari, o proporție mai mare de molecule de oxigen sunt eliberate în țesuturi. În al doilea rând, la altitudini mari, o cantitate mai mare de BPG este produsă de eritrocite, ceea ce sporește disocierea oxigenului din hemoglobină. Efortul fizic, cum ar fi schiatul sau drumețiile, poate duce la rău de înălțime din cauza cantității scăzute de rezerve de oxigen din sânge la altitudini mari. La nivelul mării, există o cantitate mare de rezervă de oxigen în sângele venos (chiar dacă sângele venos este considerat „dezoxigenat”) din care mușchii se pot alimenta în timpul efortului fizic. Deoarece saturația de oxigen este mult mai mică la altitudini mari, această rezervă venoasă este mică, ceea ce duce la simptome patologice de niveluri scăzute de oxigen în sânge. Este posibil să fi auzit că este important să beți mai multă apă atunci când călătoriți la altitudini mai mari decât cele cu care sunteți obișnuiți. Acest lucru se datorează faptului că organismul dumneavoastră va crește micțiunea (urinarea) la altitudini mari pentru a contracara efectele nivelurilor scăzute de oxigen. Prin eliminarea lichidelor, nivelul plasmei sanguine scade, dar nu și numărul total de eritrocite. În acest fel, concentrația totală de eritrocite din sânge crește, ceea ce ajută țesuturile să obțină oxigenul de care au nevoie.

Boala acută de munte (AMS), sau răul de altitudine, este o afecțiune care rezultă în urma expunerii acute la altitudini mari din cauza unei presiuni parțiale scăzute a oxigenului la altitudini mari. AMS poate apărea de obicei la 2400 de metri (8000 de picioare) deasupra nivelului mării. AMS este rezultatul unor niveluri scăzute de oxigen în sânge, deoarece organismul are dificultăți acute de adaptare la presiunea parțială scăzută a oxigenului. În cazuri grave, AMS poate provoca edem pulmonar sau cerebral. Simptomele AMS includ greață, vărsături, oboseală, amețeală, somnolență, senzație de dezorientare, creșterea pulsului și sângerări nazale. Singurul tratament pentru AMS este coborârea la o altitudine mai mică; cu toate acestea, tratamentele farmacologice și suplimentarea oxigenului pot ameliora simptomele. AMS poate fi prevenit prin urcarea lentă la altitudinea dorită, permițând organismului să se aclimatizeze, precum și prin menținerea unei hidratări corespunzătoare.

Aclimatizare

În special în situațiile în care ascensiunea are loc prea repede, călătoria în zone de altitudine mare poate provoca AMS. Aclimatizarea este procesul de adaptare pe care îl face sistemul respirator datorită expunerii cronice la o altitudine mare. De-a lungul unei perioade de timp, organismul se adaptează pentru a se acomoda la presiunea parțială mai mică a oxigenului. Presiunea parțială scăzută a oxigenului la altitudini mari are ca rezultat un nivel mai scăzut al saturației de oxigen al hemoglobinei din sânge. La rândul său, nivelurile de oxigen din țesuturi sunt, de asemenea, mai scăzute. Ca urmare, rinichii sunt stimulați să producă hormonul eritropoietină (EPO), care stimulează producția de eritrocite, ceea ce duce la un număr mai mare de eritrocite circulante la un individ aflat la altitudine mare pe o perioadă lungă de timp. Cu mai multe eritrocite, există mai multă hemoglobină pentru a ajuta la transportul oxigenului disponibil. Chiar dacă există o saturație scăzută a fiecărei molecule de hemoglobină, va fi mai multă hemoglobină prezentă și, prin urmare, mai mult oxigen în sânge. În timp, acest lucru permite persoanei să participe la efort fizic fără a dezvolta AMS.

Revizuirea capitolului

În mod normal, centrii respiratori ai creierului mențin un ciclu respirator consistent și ritmic. Cu toate acestea, în anumite cazuri, sistemul respirator trebuie să se adapteze la schimbările situaționale pentru a furniza organismului suficient oxigen. De exemplu, exercițiile fizice determină o ventilație crescută, iar expunerea cronică la o altitudine mare determină un număr mai mare de eritrocite circulante. Hiperpneea, o creștere a ratei și a profunzimii ventilației, pare să fie o funcție a trei mecanisme neuronale care includ un stimul psihologic, activarea neuronilor motori ai mușchilor scheletici și activarea proprioceptorilor din mușchi, articulații și tendoane. Ca urmare, hiperpneea legată de exercițiu este inițiată atunci când începe exercițiul, spre deosebire de momentul în care cererea de oxigen a țesuturilor crește efectiv.

În schimb, expunerea acută la o altitudine mare, în special în timpul momentelor de efort fizic, are ca rezultat niveluri scăzute de oxigen în sânge și în țesuturi. Această modificare este cauzată de o presiune parțială scăzută a oxigenului în aer, deoarece presiunea atmosferică la altitudini mari este mai mică decât presiunea atmosferică la nivelul mării. Acest lucru poate duce la o afecțiune numită rău acut de munte (AMS), cu simptome care includ dureri de cap, dezorientare, oboseală, greață și amețeală. Pe o perioadă lungă de timp, corpul unei persoane se va adapta la altitudinea mare, un proces numit aclimatizare. În timpul aclimatizării, nivelurile scăzute de oxigen din țesuturi vor determina rinichii să producă cantități mai mari de hormon eritropoietină, care stimulează producția de eritrocite. Nivelurile crescute de eritrocite circulante asigură o cantitate crescută de hemoglobină care ajută la aprovizionarea individului cu mai mult oxigen, prevenind simptomele de AMS.

Autoverificare

Răspundeți la întrebarea (întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine ați înțeles subiectele abordate în secțiunea anterioară.

Glosar

boală acută de munte (AMS): afecțiune care apare ca urmare a expunerii acute la o altitudine mare din cauza unei presiuni parțiale scăzute a oxigenului

aclimatizare: proces de adaptare pe care îl face sistemul respirator datorită expunerii cronice la altitudini mari

hiperpnee: creșterea ratei și a profunzimii ventilației datorită unei creșteri a cererii de oxigen care nu modifică semnificativ nivelurile de oxigen sau de dioxid de carbon din sânge

hiperventilație: creșterea ratei de ventilație care duce la niveluri anormal de scăzute ale dioxidului de carbon din sânge și la un pH ridicat (alcalin) al sângelui

.