Anatomi och fysiologi II

I vila, utför andningssystemet sina funktioner i en konstant, rytmisk takt som regleras av hjärnans andningscentra. I denna takt förser ventilationen alla kroppens vävnader med tillräckligt med syre. Det finns dock tillfällen då andningssystemet måste ändra tempot i sina funktioner för att tillgodose kroppens syrebehov.

Hyperpné

Hyperpné är ett ökat djup och en ökad ventilationshastighet för att tillgodose en ökning av syrebehovet, vilket kan ses vid ansträngning eller sjukdom, särskilt sjukdomar som riktar sig mot andnings- eller matsmältningskanalen. Detta förändrar inte blodets syre- eller koldioxidnivåer nämnvärt, utan ökar bara ventilationsdjupet och -hastigheten för att tillgodose cellernas behov. Hyperventilation är däremot en ökad ventilationshastighet som är oberoende av cellernas syrebehov och leder till onormalt låga koldioxidhalter i blodet och högt (alkaliskt) pH-värde i blodet.

Interessant nog orsakar motion inte hyperpné som man skulle kunna tro. Muskler som utför arbete under träning ökar faktiskt sitt behov av syre, vilket stimulerar en ökning av ventilationen. Hyperpné under träning verkar dock inträffa innan en minskning av syrehalten i musklerna kan inträffa. Hyperpné måste därför drivas av andra mekanismer, antingen i stället för eller utöver en minskning av syrehalten. De exakta mekanismerna bakom hyperpné vid ansträngning är inte väl kända, och vissa hypoteser är något kontroversiella. Förutom låg syrehalt, hög koldioxidhalt och låga pH-nivåer verkar det dock finnas ett komplext samspel mellan faktorer som är relaterade till nervsystemet och hjärnans andningscentra.

För det första resulterar ett medvetet beslut att delta i träning, eller en annan form av fysisk ansträngning, i ett psykologiskt stimulus som kan utlösa att hjärnans andningscentra ökar ventilationen. Dessutom kan hjärnans andningscentra stimuleras genom aktivering av motoriska neuroner som innerverar muskelgrupper som deltar i den fysiska aktiviteten. Slutligen stimulerar fysisk ansträngning proprioceptorer, som är receptorer som finns i muskler, leder och senor och som känner av rörelse och sträckning; proprioceptorer skapar således ett stimulus som också kan utlösa hjärnans andningscentra. Dessa neurala faktorer stämmer överens med den plötsliga ökningen av ventilationen som observeras omedelbart när träningen börjar. Eftersom andningscentren stimuleras av psykologiska, motoriska neuron- och proprioceptorinflöden under hela träningen, stöder det faktum att det också sker en plötslig minskning av ventilationen omedelbart efter träningens slut, när dessa neurala stimuli upphör, ytterligare idén om att de är inblandade i utlösandet av ventilationsförändringarna.

Effekter av hög höjd

En ökning av höjden resulterar i en sänkning av det atmosfäriska trycket. Även om andelen syre i förhållande till gaserna i atmosfären förblir 21 procent, minskar dess partialtryck (se tabell 1). Som ett resultat av detta är det svårare för en kropp att uppnå samma nivå av syremättnad på hög höjd än på låg höjd, på grund av det lägre atmosfäriska trycket. Faktum är att hemoglobinmättnaden är lägre på hög höjd jämfört med hemoglobinmättnaden på havsnivå. Till exempel är hemoglobinmättnaden cirka 67 procent på 19 000 fot över havet, medan den når cirka 98 procent på havsnivå.

Tabell 1. Syrepartialtryck på olika höjder
Exempelplats	Höjd (fot över havet)	Atmosfäriskt tryck (mm Hg)	Syrepartialtryck (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

Som ni minns är partialtrycket oerhört viktigt för att avgöra hur mycket gas som kan passera andningsmembranet och komma in i lungkapillärernas blod. Ett lägre partialtryck för syre innebär att det finns en mindre skillnad i partialtryck mellan alveolerna och blodet, så mindre syre passerar andningsmembranet. Som ett resultat av detta binds färre syremolekyler av hemoglobin. Trots detta får kroppens vävnader fortfarande en tillräcklig mängd syre under vila på hög höjd. Detta beror på två viktiga mekanismer. För det första är antalet syremolekyler som kommer in i vävnaden från blodet nästan lika stort mellan havsnivå och höga höjder. På havsnivå är hemoglobinmättnaden högre, men endast en fjärdedel av syremolekylerna släpps faktiskt in i vävnaden. På hög höjd frigörs en större andel syremolekyler till vävnaderna. För det andra produceras en större mängd BPG av erytrocyterna på hög höjd, vilket ökar dissocieringen av syre från hemoglobin. Fysisk ansträngning, t.ex. skidåkning eller vandring, kan leda till höjdsjuka på grund av den låga mängden syre i blodet på höga höjder. På havsnivå finns det en stor mängd syrereserv i det venösa blodet (även om det venösa blodet betraktas som ”syrefritt”) som musklerna kan hämta från under fysisk ansträngning. Eftersom syremättnaden är mycket lägre på högre höjder är denna venösa reserv liten, vilket resulterar i patologiska symtom på låga syrehalter i blodet. Du kanske har hört att det är viktigt att dricka mer vatten när man reser på högre höjder än vad man är van vid. Detta beror på att din kropp kommer att öka mikturitionen (urinering) på höga höjder för att motverka effekterna av lägre syrenivåer. Genom att avlägsna vätska sjunker blodplasmanivåerna men inte det totala antalet erytrocyter. På så sätt ökar den totala koncentrationen av erytrocyter i blodet, vilket hjälper vävnaderna att få det syre de behöver.

Akut bergssjuka (AMS), eller höjdsjuka, är ett tillstånd som uppstår vid akut exponering för höga höjder på grund av ett lågt partialtryck av syre på höga höjder. AMS kan vanligtvis inträffa på 2400 meter (8000 fot) över havet. AMS är ett resultat av låga syrehalter i blodet, eftersom kroppen har akut svårt att anpassa sig till det låga partialtrycket av syre. I allvarliga fall kan AMS orsaka lung- eller hjärnödem. Symtom på AMS är bland annat illamående, kräkningar, trötthet, yrsel, sömnighet, känsla av desorientering, ökad puls och näsblod. Den enda behandlingen av AMS är att gå ner till lägre höjd, men farmakologiska behandlingar och extra syrgas kan förbättra symtomen. AMS kan förebyggas genom att långsamt stiga upp till den önskade höjden, låta kroppen acklimatisera sig, samt genom att bibehålla korrekt vätsketillförsel.

Acclimatisering

Särskilt i situationer där uppstigningen sker för snabbt kan resor till områden med hög höjd orsaka AMS. Acklimatisering är den anpassningsprocess som andningssystemet gör på grund av kronisk exponering på hög höjd. Under en tidsperiod anpassar sig kroppen till det lägre partialtrycket av syre. Det låga partialtrycket av syre på hög höjd resulterar i en lägre syremättnadsnivå för hemoglobin i blodet. I sin tur är vävnadernas syrenivåer också lägre. Som ett resultat av detta stimuleras njurarna att producera hormonet erytropoietin (EPO), vilket stimulerar produktionen av erytrocyter, vilket resulterar i ett större antal cirkulerande erytrocyter hos en person som befinner sig på hög höjd under en längre period. Med fler röda blodkroppar finns det mer hemoglobin som hjälper till att transportera det tillgängliga syret. Även om mättnaden av varje hemoglobinmolekyl är låg kommer det att finnas mer hemoglobin och därmed mer syre i blodet. Med tiden gör detta att personen kan delta i fysisk ansträngning utan att utveckla AMS.

Kapitelgenomgång

Normalt sett upprätthåller hjärnans andningscentra en konsekvent, rytmisk andningscykel. I vissa fall måste dock andningssystemet anpassa sig till situationsförändringar för att förse kroppen med tillräckligt med syre. Till exempel leder motion till ökad ventilation och kronisk exponering på hög höjd till ett större antal cirkulerande erytrocyter. Hyperpné, en ökning av ventilationshastigheten och ventilationsdjupet, verkar vara en funktion av tre neurala mekanismer som omfattar ett psykologiskt stimulus, aktivering av skelettmuskulaturens motoriska neuron och aktivering av proprioceptorer i muskler, leder och senor. Som ett resultat av detta initieras hyperpné i samband med träning när träningen börjar, i motsats till när vävnadernas syrebehov faktiskt ökar.

Däremot resulterar akut exponering för hög höjd, särskilt vid fysisk ansträngning, i låga syrehalter i blodet och i vävnaderna. Denna förändring orsakas av ett lågt partialtryck av syre i luften, eftersom det atmosfäriska trycket på hög höjd är lägre än det atmosfäriska trycket på havsnivå. Detta kan leda till ett tillstånd som kallas akut bergssjuka (AMS) med symtom som huvudvärk, desorientering, trötthet, illamående och yrsel. Under en lång tidsperiod kommer en persons kropp att anpassa sig till den höga höjden, en process som kallas acklimatisering. Under acklimatiseringen kommer de låga syrenivåerna i vävnaderna att få njurarna att producera större mängder av hormonet erytropoietin, som stimulerar produktionen av erytrocyter. Ökade nivåer av cirkulerande erytrocyter ger en ökad mängd hemoglobin som bidrar till att förse individen med mer syre, vilket förhindrar symtomen på AMS.

Självkontroll

Svar på frågan/frågorna nedan för att se hur väl du förstår de ämnen som behandlades i föregående avsnitt.

Glossar

akut bergssjuka (AMS): tillstånd som uppstår ett resultat av akut exponering för hög höjd på grund av ett lågt partialtryck av syre

acklimatisering: anpassningsprocess som andningssystemet gör på grund av kronisk exponering för hög höjd

hyperpné: ökad ventilationshastighet och ökat ventilationsdjup på grund av en ökning av syrebehovet som inte förändrar syre- eller koldioxidhalten i blodet nämnvärt

hyperventilation: ökad ventilationshastighet som leder till onormalt låga koldioxidhalter i blodet och högt (alkaliskt) pH-värde i blodet

.