vault backup: 2026-01-19 14:08:41
All checks were successful
Deploy Quartz site to GitHub Pages / build (push) Successful in 5m15s
All checks were successful
Deploy Quartz site to GitHub Pages / build (push) Successful in 5m15s
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,17 @@
|
||||
# Aftonbladet 2025.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 1
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
BIN
content/Fysiologi/Canvas/Del II/Block 6 - Respiration/Aftonbladet 2025.pdf
LFS
Normal file
BIN
content/Fysiologi/Canvas/Del II/Block 6 - Respiration/Aftonbladet 2025.pdf
LFS
Normal file
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,576 @@
|
||||
# Andningsmekanik HT2025 Johan Wessberg.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 28
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
Respirationsfysiologi:
|
||||
|
||||
Johan Wessberg HT-2025
|
||||
Andningsmekanik
|
||||
Näshåla
|
||||
Munhåla
|
||||
Farynx - svalg
|
||||
Larynx - struphuvud
|
||||
Trachea
|
||||
Bronker
|
||||
Bronkioler
|
||||
Alveoler
|
||||
Ledande zon
|
||||
Thorax
|
||||
Pulm
|
||||
Lungsäcken med
|
||||
Intrapleuralrum
|
||||
Pleura parietale
|
||||
Pleura viscerale
|
||||
Respiratorisk zon
|
||||
Anatomi
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 2
|
||||
|
||||
Luftvägar: bronker – bronkioler - alveoler
|
||||
Ledande zon
|
||||
övergång
|
||||
Respiratorisk
|
||||
zon –
|
||||
alveoler
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 3
|
||||
|
||||
Respiratorisk zon – gasutbyte i alveoler
|
||||
Total yta för gasutbyte i alveolerna är cirka 75 m2
|
||||
CO2
|
||||
O2
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 4
|
||||
|
||||
Den ledande zonen:
|
||||
- uppvärmning till 37℃, och
|
||||
- anfuktning
|
||||
Nödvändigt att återskapa
|
||||
vid respiratorvård!
|
||||
- hostreflex
|
||||
- slemhinneförsvar
|
||||
- slemlager
|
||||
- epitel, cilier
|
||||
Fångar upp större partiklar som
|
||||
transporteras till bronker och hostas
|
||||
upp
|
||||
I alveolerna finns även
|
||||
makrofager –
|
||||
fagocytos av de minsta
|
||||
partiklarna
|
||||
Den ledande zonens funktioner
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 5
|
||||
|
||||
VC
|
||||
TV
|
||||
FRC
|
||||
Lungvolymer - Spirometri
|
||||
Gammal
|
||||
apparat! J
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 6
|
||||
|
||||
TV
|
||||
VC
|
||||
FRC
|
||||
Lungvolymer - Spirometri
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 7
|
||||
|
||||
Lungvolymer
|
||||
Flöden
|
||||
Tidalvolym (andetag i vila): 500 ml
|
||||
Andningsfrekvens: 15/minut
|
||||
Total ventilation: 7500 ml/minut
|
||||
Ledande zon - “Dead space”
|
||||
150 ml
|
||||
Alveolär ventilation
|
||||
(500-150) x 15 =
|
||||
5250 ml/min.
|
||||
Alveolär volym (i vila)
|
||||
3000 ml
|
||||
Detta är ungefärliga värden under normala förhållanden och i vila!
|
||||
Kapillärblod
|
||||
i lungan
|
||||
70 ml
|
||||
Blodflöde
|
||||
i lungan
|
||||
5000 ml/min.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 8
|
||||
|
||||
Dynamisk spirometri - luftflöde
|
||||
FEV1 (“f-e-v-ett”)
|
||||
Forcerad expiratorisk
|
||||
volym på en sekund
|
||||
(även FEV1% % av VC)
|
||||
PEF (eller PEFR) (“peff”)
|
||||
Peak Expiratory Flow (Rate)
|
||||
max. luftflöde under en
|
||||
forcerad utandning
|
||||
Röda linjer visar nedsatt
|
||||
luftflöde (och FEV1) vid
|
||||
obstruktiv lungsjukdom
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 9
|
||||
|
||||
* Undertryck = lufttryck som är lägre än atmosfärstrycket (negativt tryck)
|
||||
* Övertryck = lufttryck som är högre än atmosfärstrycket (positivt tryck)
|
||||
- Luftflöde uppstår om det finns en skillnad i lufttryck mellan två
|
||||
regioner
|
||||
- Storleken på flödet = tryckskillnad / motstånd mot flödet
|
||||
- Luftvägsmotståndet utgör en friktion som påverkar flödet,
|
||||
och som även gör att tryckskillnaden faller längs luftvägarna
|
||||
1 cm H20 ≈ 1 mm Hg ≈ 0,1 kPa (1 cm H2O = 0.74 mm Hg = 98 Pa)
|
||||
Övertryck – undertryck – luftflöde - motstånd
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 10
|
||||
|
||||
Motståndet bestäms av luftvägsdiametern enligt Poiseuilles lag där luftvägs-
|
||||
motståndet är proportionellt mot 1/r4.
|
||||
Luftvägsmotståndet beror på den totala tvärsnittsytan i varje nivå i luftvägarna.
|
||||
Det totala luftvägsmotståndet är högst långt upp i luftvägarna!
|
||||
Luftvägsmotstånd
|
||||
Luftvägsmotståndet är beroende av luftvägarnas tvärsnittsyta
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 11
|
||||
|
||||
Pleurasäcken - intrapleuralrummet
|
||||
Pleurasäcken bildar
|
||||
Intrapleuralrummet.
|
||||
Ett slutet “rum” (med en liten
|
||||
mängd vätska) mellan lungan
|
||||
och bröstkorgen / diafragma,
|
||||
separat för varje lunga.
|
||||
Den elastiska lungan är
|
||||
utspänd i bröstkorgen,
|
||||
vilket ger ett litet undertryck i
|
||||
intrapleuralrummet
|
||||
≈ -5 mm Hg
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 12
|
||||
|
||||
Om luft kommer in intrapleuralrummet faller
|
||||
lungan ihop (och bröstkorgen vidgas) =
|
||||
pneumothorax.
|
||||
Behandlas genom att öppningen tätas och
|
||||
luften sugs ut.
|
||||
Intrapleuralrummet (pleurasäcken) normalt
|
||||
ett ”slutet” rum mellan lunga och
|
||||
bröstvägg/diafragma med ett undertryck.
|
||||
Är separat för varje lunga.
|
||||
Alveolrum
|
||||
Intrapleuralrum
|
||||
Alveolrum
|
||||
Intrapleuralt undertryck - Pneumothorax
|
||||
Det är en ”dragkamp” mellan lungan och
|
||||
bröstkorgens elasticitet (röda pilarna)
|
||||
Detta ger upphov till undertrycket i intra-
|
||||
pleuralrummet, ca -5 mm Hg
|
||||
Balanspunkten mellan de två krafterna
|
||||
bestämmer volymen vid ändpunkten för en
|
||||
normal utandning och därmed FRC
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 13
|
||||
|
||||
Inandning - andningsmuskler
|
||||
Diafragma (mellangärdet) sänker
|
||||
sig, samtidig vidgas bröstkorgen.
|
||||
I viloandning ca. 1 cm rörelse
|
||||
(upp till ca. 10 cm!)
|
||||
Yttre intercostalmuskler
|
||||
vidgar bröstkorgen
|
||||
(stabiliserar dessutom bröstkorgs-
|
||||
väggen så det inte blir “insug”
|
||||
mellan revbenen)
|
||||
Accessoriska inandningsmuskler
|
||||
vid kraftigt ökad inandning:
|
||||
m. sternocleidomastoideus,
|
||||
mm. scalenii
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 14
|
||||
|
||||
Utandning
|
||||
Utandningen är normalt sett passiv -
|
||||
återfjädring av lungan
|
||||
(drar med sig bröstkorgen)
|
||||
Inre intercostalmuskler – drar ned
|
||||
revbenen
|
||||
Den raka bukmuskeln
|
||||
(m. rectus abdominis) -
|
||||
trycker upp bukpaketet mot diafragma och
|
||||
drar även ned sternum och bröstkorgen
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 15
|
||||
|
||||
Alveolrum
|
||||
Intrapleuralrum
|
||||
Diafragma
|
||||
Bröstkorg
|
||||
Vila
|
||||
Under pågående
|
||||
inandning
|
||||
0
|
||||
- 1 mm Hg
|
||||
- 8 mm Hg
|
||||
- 5 mm Hg
|
||||
0 = atmosfärstryck
|
||||
- 10 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
Tryckförhållanden under inandning
|
||||
Transpulmonell tryckskillnad = 5 mm Hg
|
||||
= skillnad mellan trycket i alveolerna och
|
||||
trycket i intrapleuralrummet
|
||||
Ett litet undertryck i alveolerna
|
||||
(ca 1 mm Hg) driver luftflödet in i
|
||||
lungan
|
||||
Lungan är dessutom mer utspänd,
|
||||
transpulmonell tryckskillnad = 7
|
||||
mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inget undertryck i
|
||||
alveolerna, dvs. inget
|
||||
mer luftflöde
|
||||
Lungan är dock ännu
|
||||
lite mer utspänd
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 16
|
||||
|
||||
+ 2 mm Hg
|
||||
- 6 mm Hg
|
||||
-10 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
- 5 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Under pågående
|
||||
utandning
|
||||
Utandningen
|
||||
avslutad
|
||||
Lungans återfjädring ger ett litet övertryck i
|
||||
alveolerna (ca 1 mm Hg) som driver luftflödet ut
|
||||
ur lungan
|
||||
+ 1 mm Hg
|
||||
Tryckförhållanden under utandning
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 17
|
||||
|
||||
Andningsarbetet är både elastiskt och resistivt
|
||||
Under inandning
|
||||
- 1 mm Hg
|
||||
- 8 mm Hg
|
||||
Elastiskt arbete är att dra ut lungan.
|
||||
Detta återanvänds vid utandning då den utspända
|
||||
lungan drar ihop sig igen.
|
||||
Det elastiska arbetet avspeglas i den transpulmonella
|
||||
tryckskillnaden som behövs för att övervinna lungans
|
||||
elasticitet.
|
||||
Resistivt arbete är arbetet mot friktionen i luftvägarna –
|
||||
luftvägsmotståndet (friktion kan inte återanvändas – blir
|
||||
“värme”).
|
||||
Resistivt arbete avspeglas i (den lilla) tryckskillnaden
|
||||
mellan alveolerna och atmosfären.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 18
|
||||
|
||||
Andningsarbetet varierar med andningsfrekvensen
|
||||
Bilden visar hur både det elastiska och
|
||||
resistiva arbetet varierar med
|
||||
andningsfrekvensen (andetag per minut)
|
||||
vid konstant andningsbehov i vila.
|
||||
I vila är det totala arbetet som minst vid en
|
||||
frekvens på ca. 15 andetag per minut.
|
||||
Vid ökat andningbehov (muskelarbete)
|
||||
ändras förhållandena och både tidalvolym
|
||||
och andningsfrekvens ökar.
|
||||
Förhållandena ändras även vid sjukdomar
|
||||
som påverkar det elastiska arbetet (lungans
|
||||
elasticitet) eller det resistiva arbetet
|
||||
(luftvägsmotståndet).
|
||||
<- större andetag, “djupandning”
|
||||
snabbare, ytligare andning ->
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 19
|
||||
|
||||
Vila
|
||||
0
|
||||
- 4 mm Hg
|
||||
- 24 mm Hg
|
||||
- 5 mm Hg
|
||||
- 26 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
Under pågående
|
||||
inandning
|
||||
Lungan skall spännas ut mer och
|
||||
dessutom högre luftflöde, både elastiskt
|
||||
och resistivt arbete är ökat.
|
||||
Transpulmonell tryckskillnad 20 mm Hg
|
||||
Inandning med högre tidalvolym (2 – 2,5 liter)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 20
|
||||
|
||||
0
|
||||
- 1 mm Hg
|
||||
- 11 mm Hg
|
||||
- 5 mm Hg
|
||||
- 16 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
Under pågående
|
||||
inandning
|
||||
En större tryckskillnad krävs för att
|
||||
driva det ökade elastiska arbetet,
|
||||
men tidalvolymen är 0,5 l och
|
||||
luftvägsmotståndet är lågt.
|
||||
Transpulmonell tryckskillnad = 10
|
||||
mm Hg
|
||||
Vila
|
||||
Inandning vid ökad styvhet (elasticitet) i lungan
|
||||
(normal tidalvolym)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 21
|
||||
|
||||
Vila
|
||||
0
|
||||
- 6 mm Hg
|
||||
- 13 mm Hg
|
||||
- 5 mm Hg
|
||||
- 10 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
Under
|
||||
pågående
|
||||
inandning
|
||||
Ett större intra-alveolärt undertryck krävs nu för
|
||||
att övervinna det ökade luftvägsmotståndet
|
||||
-- ökat resistivt arbete för inandningsmusklerna,
|
||||
men det elastiska arbetet är oförändrat
|
||||
Transpulmonell tryckskillnad = 7 mm Hg
|
||||
Inandning vid ökat luftvägsmotstånd
|
||||
(obstruktiv lungsjukdom – t.ex. astma)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 22
|
||||
|
||||
+6 mm Hg
|
||||
-1 mm Hg
|
||||
-10 mm Hg
|
||||
0
|
||||
Inandningen
|
||||
avslutad
|
||||
-5 mm Hg
|
||||
0
|
||||
vila
|
||||
Ett ökat intra-alveolärt tryck krävs för att övervinna
|
||||
det ökade luftvägsmotståndet.
|
||||
Det intrapleurala trycket måste överstiga vilotrycket
|
||||
på -5 mm Hg
|
||||
– återfjädringen räcker inte utan utandningen görs
|
||||
aktivt med utandningsmuskler.
|
||||
Under pågående
|
||||
utandning
|
||||
Utandning vid ökat luftvägsmotstånd
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 23
|
||||
|
||||
Koksalt i luftvägarna
|
||||
Luft i luftvägarna
|
||||
Transpulmonell tryckskillnad
|
||||
En stor del av lungans styvhet (elasticitet) beror på
|
||||
ytspänningen i alveolerna
|
||||
(OBS många böcker för in begreppet compliance (tänjbarhet) här.
|
||||
Compliance = 1/elasticity [dvs.: tänjbarhet = 1/styvhet] )
|
||||
Volym (ml)
|
||||
Diagrammet visar en
|
||||
experimentell mätning den
|
||||
volymändring som uppstår vid
|
||||
olika tryck.
|
||||
Luft i lungan ger en ytspänning i
|
||||
alveolernas vätskeskikt.
|
||||
Ytspänningen sänks normalt
|
||||
5-10 ggr av surfaktant som bildas
|
||||
av typ II alveolceller
|
||||
(granulära celler).
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 24
|
||||
|
||||
Ytspänningen kan kan även hota alveolernas stabilitet på så sätt att små alveoler kan tömma sig i
|
||||
stora alveoler och därigenom kollapsa.
|
||||
(Mekanismen kan förklaras med Laplace’s lag där vid en given ytspänning utvecklas ett högre tryck i
|
||||
en mindre bubbla än i en stor – om de kommunicerar (som alveolerna) så kan en liten alveol tömma
|
||||
sig i en större; alveolerna riskerar att kollapsa.)
|
||||
Detta motverkas dock normalt av att:
|
||||
•
|
||||
alveolerna är uppstagade i ett elastiskt nätverk
|
||||
•
|
||||
surfaktant har högre relativ koncentration (och bättre effekt!) i små bubblor
|
||||
•
|
||||
”suckar”, spontana kraftiga inandningar ung. var 5 minut från andningscentrum.
|
||||
Detta boostar surfaktantproduktion + öppnar upp ev. kollapsade alveoler.
|
||||
Surfaktant är även viktig för alveolernas stabilitet
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 25
|
||||
|
||||
Totalt
|
||||
luftvägsmotstånd
|
||||
Mer om luftvägsmotståndet –
|
||||
motståndet beror av lungvolymen
|
||||
•
|
||||
Mindre luftvägsmotstånd vid större lungvolym
|
||||
•
|
||||
“Normalvolymen” är ca. 2,5 - 3 liter (jfr. spirometri)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 26
|
||||
|
||||
- Bronkomotortonus – parasympatikus, sympatikus
|
||||
•
|
||||
Vagus (acetylcholin) ger en konstriktion (dvs. antagonisten atropin vidgar).
|
||||
•
|
||||
Sympatikus (via adrenalin från binjuremärgen) ger dilatation genom β2-receptorer.
|
||||
•
|
||||
Hyperventilation kan ge dilatation och därmed minskat flödesmotstånd via ännu
|
||||
oklara reflexbanor.
|
||||
•
|
||||
(Eftersom atropin ger en vidgning finns det en liten tonisk vagus-medierad
|
||||
konstriktion i vila.)
|
||||
- Alveolärt PCO2 – lokal effekt
|
||||
Lågt PCO2 ger en konstriktion, del i den s.k. ventilations-perfusionsanpassningen.
|
||||
Lågt lokalt PCO2 indikerar minskat lokalt blodflöde, konstriktionen leder till minskad
|
||||
ventilation av detta område i lungan (dock en rätt liten effekt).
|
||||
- Rök, avgaser, kall luft: Via subepiteliala receptorer i luftvägarna, ger en vagus-medierad
|
||||
konstriktion
|
||||
- Inflammation med ökad slembildning och svullen slemhinna ger en minskad
|
||||
diameter, vilket ökar luftmotståndet. Detta är en viktig komponent i astma!
|
||||
Vad mer kan påverka luftvägsmotståndet?
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 27
|
||||
|
||||
Vid en normal passiv utandning är intrapleuraltrycket alltid ett undertryck och
|
||||
dynamisk kompression kan aldrig inträffa.
|
||||
Men om de perifera luftvägarna är trånga pga. muskelkontraktion,
|
||||
slemhinnesvullnad och ökad sekretion, som vid astma, kan även en normal
|
||||
utandning behöva bli aktiv för att trycka ut luften, dvs. ett intrapleuralt övertryck
|
||||
måste etableras.
|
||||
Det ökade motståndet i luftvägarna gör dessutom att tryckfallet längs
|
||||
luftvägarna blir stort, och det kan uppstå en punkt där det övertrycket inne i
|
||||
luftvägarna understiger det intrapleurala trycket. Om detta sker i bronchioler
|
||||
(utan brosk) så kan dessa komprimeras utifrån, vilket förstås ökar
|
||||
luftvägsmotståndet ännu mer.
|
||||
|
||||
I bronker med brosk blir effekten betydligt mindre. Dvs., om tryckfallet i
|
||||
luftvägarna är lite mindre brant och punkten där trycket i luftvägarna understiger
|
||||
det intrapleurala ligger ända uppe på bronknivå (där det finns brosk) är effekten
|
||||
inte så stor.
|
||||
Dynamisk kompression
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 28
|
||||
|
||||
Apikalt
|
||||
Basalt
|
||||
Gravitationseffekter – apikalt är intrapleuraltrycket
|
||||
mer negativt och lungan är mer expanderad
|
||||
De röda pilarna visar
|
||||
variationen i intra-
|
||||
pleuraltryck vid normal
|
||||
andning (vi har så långt
|
||||
sagt “ca -5”)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,323 @@
|
||||
# Andningsreglering medicianre HT 2025.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 21
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
Andningsreglering
|
||||
Ingela Hammar
|
||||
Avd för fysiologi
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 2
|
||||
|
||||
Andningsreglering - syfte
|
||||
Bibehålla arteriellt pO2 och pCO2
|
||||
|
||||
- i vila
|
||||
- vid arbete
|
||||
- vakenhet och sömn
|
||||
Sker via ständig justering av ventilationen
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 3
|
||||
|
||||
Andningsreglering - översikt
|
||||
1. Sensorer: information från både perifera och centrala strukturer
|
||||
2. Central kontroll: koordinerar informationen och reglerar ventilationen
|
||||
3. Effektorer : andningsmuskulatur
|
||||
Negativ feedback
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 4
|
||||
|
||||
Andningscentrum i hjärnstammen 1
|
||||
Den icke-viljestyrda andningen utgår från centrum i
|
||||
hjärnstammen (pons, medulla oblongata)
|
||||
Rytmreglering (Central Pattern Generator)
|
||||
1. Centrum i medulla
|
||||
Pre-Bötzinger komplexet i formatio reticularis
|
||||
Genererar andningsrytm
|
||||
Två grupper av celler: dorsal grupp (inspiration) och ventral
|
||||
grupp ( expiration)
|
||||
Även i avsaknad av all sensorisk information genererar dessa
|
||||
celler en basal andningsrytm
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 5
|
||||
|
||||
Andningscentrum i hjärnstammen 2
|
||||
2. Centrum i Pons
|
||||
Exciterande / inhiberande effekt på andningscentrum i medulla
|
||||
Finjustering av andningsmönster?
|
||||
Oklar effekt hos friska människor
|
||||
Aktiveras vid olika patologiska tillstånd
|
||||
+-
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 6
|
||||
|
||||
Viljemässig kontroll av andning
|
||||
Utgår från cortex
|
||||
Kan ta över och styra hjärnstamscentrum i hjärnstammen till viss del
|
||||
- Volontär apné
|
||||
- Volontär hyperventilation
|
||||
Effekt begränsas av de effekter som uppkommer på blodgaser/pH
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 7
|
||||
|
||||
Sensorer: Kemoreceptorer
|
||||
Centrala kemoreceptorer
|
||||
Lokaliserade i medulla cirka 200-400 µm under den ventrala ytan i RTN
|
||||
(Nucleus Retro-trapezoidales)
|
||||
Omges av extracellulärvätska som påverkas av CSF, lokalt blodflöde och metabolism
|
||||
CSF sannolikt av störst betydelse
|
||||
Blodhjärnbarriären: impermeabel för H+ och HCO3
|
||||
- men permeabel för CO2
|
||||
CO2 + H2O
|
||||
H2CO3
|
||||
H+ + HCO3
|
||||
-
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 8
|
||||
|
||||
Sensorer: Kemoreceptorer
|
||||
Centrala kemoreceptorer
|
||||
pH detekteras av nervceller (stänger kaliumkanaler, depolariseras) och av
|
||||
pH-känsliga astrocyter (ökar IC kalcium, frisätter ATP som aktiverar RTN)
|
||||
Reagerar på förändringar i pH
|
||||
Normalvärde 7,32 i CSF: färre proteiner, sämre buffringskapacitet än blod
|
||||
|
||||
små förändringar i pCO2 ger större förändring pH i CSF än i blod
|
||||
CO2 + H2O
|
||||
H2CO3
|
||||
H+ + HCO3
|
||||
-
|
||||
Stimulerar andningen via effekt på
|
||||
nervcellskärnor i hjärnstammen som snabbt
|
||||
känner av pH-ändringen i cerebrospinalvätskan
|
||||
och som projicerar till andningscentrum
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 9
|
||||
|
||||
Sensorer: Kemoreceptorer
|
||||
Perifera kemoreceptorer
|
||||
Lokaliserade i aortabåge och carotisbifurkation
|
||||
Carotisreceptorerna viktigast hos människor
|
||||
Reagerar på sänkt pO2, sänkt pH och förhöjt pCO2
|
||||
Icke-linjärt svar på arteriellt pO2
|
||||
Viktiga främst vid arteriell hypoxemi ( dvs ej vid anemi!)
|
||||
Kronisk hypoxemi ger glomushypertrofi.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 10
|
||||
|
||||
Reglering av viloandning
|
||||
1. Vakenhet
|
||||
Styrs av centralnervösa strukturer
|
||||
Vakenhetskärnor ( som producerar noradrenalin och serotonin)
|
||||
driver också andning
|
||||
Vakenhet (vila och arbete) pCO2 konstant (variabilitet 3 mm Hg)
|
||||
2. Sömn
|
||||
Styrs främst av kemoreceptorer ( pCO2, via pH)
|
||||
Under sömn är pCO2 i artärblod 3 – 8 mm Hg högre än under vakenhet
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 11
|
||||
|
||||
Ökad koldioxid i alveol/artärblod ger ökad andning
|
||||
y-axel: Andningsvolym
|
||||
l/minut
|
||||
Varierar inandad pO2
|
||||
(110 resp 169 mm Hg)
|
||||
Samma ökning av
|
||||
andningsvolym
|
||||
pCO2 i alveol/artär reglerar
|
||||
andningsvolym
|
||||
Ökad alveolär pCO2 (x-axel) ger ökad
|
||||
Andningsvolym (y-axel)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 12
|
||||
|
||||
Effekt av pH /CO2 i CSF övergående
|
||||
Ökad pCO2 leder till ökad andning leder till normaliserat pCO2
|
||||
Om pCO2 ej sänks till normalvärdet (pga lungsjukdom)
|
||||
H+-ökningen i CSF kompenseras av njurarna
|
||||
(inom dagar; sparar HCO3
|
||||
– , pH normaliseras)
|
||||
Andningsstimulerande effekten försvinner.
|
||||
Andningsstimulans då enbart av hypoxi (sänkt pO2 i blod).
|
||||
Försiktig med ge syrgas till en sådan patient!
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 13
|
||||
|
||||
Kolsyrenarkos
|
||||
Ett mycket högt PCO2 har en generell deprimerande effekt på CNS
|
||||
inkluderande andningscentrum.
|
||||
Koldioxid kan alltså i princip användas som narkosmedel, och i hög
|
||||
koncentration leda till andningsstopp.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 14
|
||||
|
||||
Andningsreglering vid akut minskning av O2 (hypoxi)
|
||||
Stimulans via perifera
|
||||
kemoreceptorer i carotis.
|
||||
Glomusceller aktiveras av pO2
|
||||
Sänkt pO2 depolarisering
|
||||
(stängning K-kanaler, öppning
|
||||
Ca-kanaler)
|
||||
Frisättning Ach, ATP
|
||||
Aktiverar afferenter som
|
||||
projicerar till RTN/medulla
|
||||
Andningsvolym (l/min)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 15
|
||||
|
||||
Vistelse på hög höjd
|
||||
a) Vid vistelse på 1000-1500 m höjd /alveolärt pO2 80-90 mm Hg:
|
||||
perifera kemoreceptorer ger initialt inte någon andningsökning, men sensitiseras
|
||||
efter ett par timmar driver då en ökad andning.
|
||||
b) Ökad andning leder till ett sänkt pCO2 vilket minskar andningsökningen via
|
||||
alkalos i CSF.
|
||||
c) Alkalos kompenseras av njurarna (inom dagar) och först nu fås den fulla effekten
|
||||
av sensitiseringen.
|
||||
Sensitisering: uppreglering av spänningskänsliga
|
||||
Na/Ca-kanaler i glomuscellerna.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 16
|
||||
|
||||
Vistelse på hög höjd 2
|
||||
Hypoxisk Ventilatorisk Acklimatisering (HVA):
|
||||
Den relativt snabbt insättande ökade känslighet i de perifera kemoreceptorer
|
||||
inträffar vid vistelse på hög höjd
|
||||
Sker sannolikt då också vid lungsjukdomar som leder till kroniskt sänkt pO2 i blod.
|
||||
Acklimatisering (ökad andning för ett givet pO2 i blod) kan pågå under dagar/veckor
|
||||
-excitabilitetsökning,
|
||||
-ökad mängd glomusceller
|
||||
-uppreglering av transmittorinnehåll
|
||||
-upprelgering av postsynaptiska receptorer i afferenter
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 17
|
||||
|
||||
Vakenhet viktig faktor för andningen.
|
||||
Andning kan fortgå utan vare sig perifera eller centrala kemoreceptorer.
|
||||
Fåtal personer med medfödd defekt av kemoreception
|
||||
Genetisk mutation för en transkriptionsfaktor (Phox2b) i nervceller i hjärnstammen
|
||||
som integrerar perifer och central kemoreception (t ex nervceller i RTN).
|
||||
Under vakenhet: normala blodgaser, pga inflytande på andningscentrum från andra
|
||||
delar av hjärnan.
|
||||
Sömn: hypoventilation under sömnen (icke-REM) , kräver mekanisk assistans
|
||||
Kroniskt hypoventilationssyndrom
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 18
|
||||
|
||||
Andning vid fysisk aktivitet
|
||||
Arteriellt blod under arbete:
|
||||
pO2 oförändrat eller ökar något
|
||||
pCO2 oförändrat
|
||||
pH oförändrat (minskar vid mycket kraftig ansträngning pga laktat )
|
||||
Andning ökar i två faser under arbete:
|
||||
1. Snabb fas (sekunder)
|
||||
Anticipatorisk kontroll från motorcortex, aktivering av ledafferenter
|
||||
2. Långsam fas (minuter)
|
||||
Metaboreflex ( lokala signaler från arbetande muskel via afferenter till
|
||||
andningscentrum)
|
||||
Ökat muskelblodflöde (stimulerar mekaniskt känsliga afferenter, vascular
|
||||
distension hypothesis)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 19
|
||||
|
||||
Luftvägsreceptorer påverkar andning
|
||||
1. Mekaniskt känsliga recpeptorer:
|
||||
Främst i trachea/broncher, A-delta axon
|
||||
Aspiration, främmande kropp i luftvägarna
|
||||
2. Kemiskt känsliga receptorer:
|
||||
Bronker, bronchioler, alveoler
|
||||
Omyeliniserade afferenter (C-fibrer)
|
||||
Rök, damm, kemisk irritation
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 20
|
||||
|
||||
Hostreflex
|
||||
Kan utlösas såväl reflexmässigt som viljemässigt. Reflexbanan lokaliserad i hjärnstammen.
|
||||
Utlöses av mekanisk och/eller kemisk irritation i larynx, trachea, bronker och alveoler.
|
||||
Skyddsfunktion: Vid aspiration (inhalation av främmande material i luftvägar såsom en
|
||||
matbit eller magsäcksinnehåll) respektive för borttransport av slem vid inflammation
|
||||
(infektion, kronisk inflammation t.ex. KOL)
|
||||
Stereotyp sekvens via en mönstergenerator i hjärnstammen aktiverad via den afferenta
|
||||
aktivitet som ges av den mekaniska/kemiska irritationen:
|
||||
1) Inspiration
|
||||
2) Stängning av epiglottis /stämband,
|
||||
3) Forcerad expiration mot stängt epiglottis/stämband Kraftigt övertryck i luftvägar
|
||||
4) Plötslig öppning av epiglottis/stämband Kraftig luftstöt
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 21
|
||||
|
||||
Andningsreglering - översikt
|
||||
Rytmregleringscentrum
|
||||
I hjärnstam
|
||||
Diaphragm
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,59 @@
|
||||
# Instuderingsfrågor-respiration-pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 1
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
|
||||
Instuderingsfrågor – Respiration
|
||||
Frågorna täcker inte avsnittet i sin helhet dvs de kan innehållsmässigt inte ses
|
||||
som någon garant för vad som efterfrågas vid tentamen.
|
||||
|
||||
|
||||
1) Hur transporteras syrgas respektive koldioxid i blod?
|
||||
|
||||
2) Hur och varför förändras blodets pH-värde vid ökad respektive minskad ventilation?
|
||||
|
||||
3) Vad menas med begreppet saturation vad gäller syrgastransport i blod ?
|
||||
|
||||
4) Vilken faktor utöver Hb-saturationen bestämmer mängden syrgas i blod?
|
||||
|
||||
5) Vad menas med diffusion?
|
||||
|
||||
6) Vilken är näshålans funktion vid respiration?
|
||||
|
||||
7) Ungefär hur mycket luft ryms i lungorna? Hur mycket luft andas in/ut under ett normalt andetag?
|
||||
|
||||
8) Vad är förhållandet mellan respiratoriska volymer och kapaciteter?
|
||||
|
||||
9) Vilken roll spelar intrapleuralrummet för respirationen?
|
||||
|
||||
10) Vilka faktorer bestämmer storleken på FRC?
|
||||
|
||||
11) Ungefär hur mycket måste luftmotståndet i luftvägarna vara ökat för att en utandning (vid normal
|
||||
viloandning) måste bli aktiv?
|
||||
|
||||
12) På vad sätt ger graferna som visar andningsvolym/min mot alveolärt PCO2 respektive alveolärt PO2 en
|
||||
begränsad bild på dessa gasers effekt på andningen?
|
||||
|
||||
13) Varför kan det vara farligt att ge syrgas till någon med en obstruktiv lungsjukdom?
|
||||
|
||||
14) Vilka negativa effekter på andningen ges av droger som morfin, kodein, alkohol?
|
||||
|
||||
15) Varför är det olämpligt att låta koldioxidens partialtryck i artärblod reglera den andningsökning som krävs
|
||||
vid ett ökat fysiskt arbete?
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,858 @@
|
||||
# Medicinare-Respiration bild- och textkompendioum-1.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 28
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
Respiration
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
• Gastransport
|
||||
|
||||
• Lungcirkulation
|
||||
|
||||
• Ventilation-perfusionsanpassning
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
Block 9
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 2
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 3
|
||||
|
||||
Bild 1
|
||||
Bild 2
|
||||
Bild 3
|
||||
P = 19.7 kPa
|
||||
o2
|
||||
P = 13.1 kPa
|
||||
o2
|
||||
P = 13.1 kPa
|
||||
o2
|
||||
P = 5.3 kPa
|
||||
o2
|
||||
P
|
||||
= 0 kPa
|
||||
CO2
|
||||
P
|
||||
= 5.3 kPa
|
||||
CO2
|
||||
P
|
||||
= 5.3 kPa
|
||||
CO2
|
||||
P
|
||||
= 5.9 kPa
|
||||
CO2
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 4
|
||||
|
||||
Bild 4
|
||||
Bild 5
|
||||
Bild 6
|
||||
PO ~ 5.3
|
||||
PCO ~ 5.9
|
||||
|
||||
5.
|
||||
PO ~
|
||||
3
|
||||
P
|
||||
3.1
|
||||
O ~1
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
P ~ 3.1
|
||||
O
|
||||
1
|
||||
PCO
|
||||
5.3
|
||||
~
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
PO < 1
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
P O ~5.3
|
||||
C
|
||||
2
|
||||
PCO ~ .9
|
||||
5
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 5
|
||||
|
||||
Bild 7
|
||||
Bild 8
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 6
|
||||
|
||||
Bild 10
|
||||
Bild 9
|
||||
Ventilation
|
||||
Ventilation
|
||||
Ventilation
|
||||
Ventilation
|
||||
respiratorisk acidos
|
||||
respiratorisk alkalos
|
||||
CO2
|
||||
H O
|
||||
2
|
||||
-
|
||||
HCO3
|
||||
+
|
||||
+
|
||||
+
|
||||
H
|
||||
+
|
||||
H
|
||||
+
|
||||
H
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 7
|
||||
|
||||
Bild 11
|
||||
Bild 12
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 8
|
||||
|
||||
Bild 13
|
||||
Bild 14
|
||||
Hb-O + H + CO
|
||||
Hb
|
||||
H
|
||||
CO
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
+
|
||||
+
|
||||
+ O
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 9
|
||||
|
||||
Bild 16
|
||||
Bild 15
|
||||
Bild 17
|
||||
Hb-O + H + CO
|
||||
Hb
|
||||
H
|
||||
CO
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
2
|
||||
+
|
||||
+
|
||||
+ O
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 10
|
||||
|
||||
Bild 18
|
||||
Bild 19
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 11
|
||||
|
||||
Bild 20
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 12
|
||||
|
||||
Bild 21
|
||||
Bild 22
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 13
|
||||
|
||||
Bild 23
|
||||
Bild 24
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 14
|
||||
|
||||
Bild 25
|
||||
Bild 27
|
||||
Bild 26
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 15
|
||||
|
||||
Bild 28
|
||||
Bild 29
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 16
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 17
|
||||
|
||||
RESPIRATION
|
||||
I detta kompendium behandlas följande avsnitt av respirationsfysiologin:
|
||||
!
|
||||
Gasutbyte – Diffusion
|
||||
!
|
||||
Gastransport i blod
|
||||
!
|
||||
Perfusion – blodflöde genom lungan
|
||||
!
|
||||
Ventilations – perfusionsanpassning
|
||||
PARTIALTRYCK
|
||||
Bild 1 Först en kort anatomi-repetition. Vänster bild visar schematiskt en avslutande gren av
|
||||
bronkträdet med alveoler och kapillärer över alveolytan. Den högra bilden visar några alveoler
|
||||
i tvärsnitt och från insidan. Notera att luften i alveolerna skiljs bara med några cellmembran från
|
||||
kapillärblodet.
|
||||
Bild 2 Innan vi går igenom gasutbytet mellan alveol och blodbana, så skall vi först beskriva
|
||||
själva gasblandningen i luftvägar och lungkärl vad gäller koldioxid och syrgas. Figuren visar
|
||||
gasblandningen i en genomsnittlig alveol och käpillärerna runt den. Vi börjar med alveolens
|
||||
gassammansättning, som man kan beskriva genom att ange de olika gasernas partialtryck.
|
||||
Partialtryck: Vid havsytan är lufttrycket eller 100 kPa (760 mmHg). Det bidrag som var och en
|
||||
av de ingående gaserna ger till det totala trycket = partialtrycket av respektive gas, avgörs av
|
||||
gasens koncentration i gasblandningen. I luft står syrgas för 21 % av molekylerna dvs
|
||||
partialtrycket för syrgas är 21 kPa (160 mmHg). Återstoden utgörs framför allt av kvävgas, som
|
||||
står för 78% av molekylerna och som då har ett partialtryck på 78kPa. Partialtrycken i en
|
||||
gasblanding kan alltså ses som ekvivalent till koncentrationer.
|
||||
I luftvägarna så startar alltså partialtrycket för syrgas på 21 kPa (160 mm Hg) vid
|
||||
mun-/näs-öppningen och avtar sedan längs vägen till alveolerna där det är ca 13.1 kPa. Skälen
|
||||
till minskningen är två (varav nr 2 är viktigast):
|
||||
1/ Anfuktning av luft. Vattenånga har partialtryck på 6.2 kPa (47 mm Hg), gör att syrgasens
|
||||
partialtryck minskar till 19.7 kPa (150 mmHg). Denna minskning är inte så betydelsefull på
|
||||
havsnivå, men blir relativt sett större vid vistelse hög höjd.
|
||||
2/ Att syrgasen tas upp och ersätts av koldioxid i alveolen. Den mängd syrgas som tagits upp
|
||||
motsvarar mängden tillförd koldioxid dividerat med den respiratoriska kvoten (R). Den
|
||||
respiratorisk kvoten motsvarar förhållandet mellan den mängd koldioxid som producerats när en
|
||||
given mängd syrgas metaboliserats Den respiratoriska kvoten varierar normalt mellan 0.8 och
|
||||
1 (den senare siffran gäller vid fullständig aerob metabolism av kolhydrat)
|
||||
Matematiskt kan vi uttrycka det så att:
|
||||
PO2 (alveol) = PO2 (anfuktad luft) – PCO2 (alveol)/R ”Alveolära gasekvationen”
|
||||
Vid normal metabolism, cirkulation och ventilation blir, som anges i figuren, PO2 i alveolen i
|
||||
genomsnitt 13.1 kPa (100 mmHg) och PCO2 5.3 kPa (40 mmHg). Dessa värden ändras dock vid
|
||||
exempelvis ändrad ventilation (om ventilationen t.ex ökar så kommer alveolärt PO2 att stiga och
|
||||
PCO2 sjunka eftersom alveolen tillförs med syrgas och mer koldioxid vädras ut), men förhållandet
|
||||
mellan alveolärt PO2 och PCO2 kommer alltid att följa den alveolära gasekvationen. Notera att PO2
|
||||
värdet på 13.1 kPa och PCO2 på 5.3 kPa är genomsnitt för lungans alveoler. Vi skall senare (bild
|
||||
21-29) visa att PO2 och PCO2 varierar mellan olika alveoler – ventilationen varierar nämligen
|
||||
mellan olika alveoler (och det gör även perfusionen i kapillärerna runt omkring).
|
||||
Vid varje inandning förs ny luft med PO2 19.7 kPa respektive PCO2 0 ned till alveolerna.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 18
|
||||
|
||||
Detta innebär att de alveolära partialtrycken fluktuerar mellan in- och utandning, men inte så
|
||||
mycket då den normal tidalvolymen (0.5 liter) utgör en mindre del av den volym som kvarstår
|
||||
efter utandning (3–4 liter). Förändringarna i PO2 och PCO2 ligger i storleksordningen 0.5 kPa. Den
|
||||
”nya syrgasen” som kommer ned till alveolerna med varje andetag, gör det via två processer, dels
|
||||
luftflöde från terminala bronkioli, dels diffusion i den respiratoriska zonen. Detta senare beror
|
||||
på att då tvärsnittsytan ökar kraftigt perifert blir luftflödet perifert mycket lågt. Sista biten blir
|
||||
då i praktiken diffusion (gasmolekyler diffunderar alltså från högt till lågt partialtryck, precis som
|
||||
vätskemolekyler från hög till låg koncentration). Diffusion några mm sker på några ett hundratal
|
||||
ms och inom en alvol uppstår diffusionsjämvikt inom några ms.
|
||||
Gasblandingen i blodet kan också uttryckas med partialtryck:
|
||||
Partialtryck av gaser lösta i vätska är definitionsmässigt partialtrycket i en gasblandning som
|
||||
står i jämvikt med vätskan. Under normala förhållanden (dvs en frisk person, som inte arbetar
|
||||
hårt på hög höjd eller liknande), så kan man räkna med att blodet under passagen genom
|
||||
lungkapillärerna, ekvilibreras med gasblandningen i alveolerna. Detta innebär alltså, som visas
|
||||
i figuren, att blandat venöst blod från lungan har samma partialtryck av syrgas och koldioxid som
|
||||
gasblandningen i alveolerna. Siffrorna anger genomsnitt för lungan som helhet. I praktiken blir
|
||||
PO2 i lungvenerna något lägre och PCO2 något högre eftersom det också sker en tillblandning av
|
||||
blod från bronkialartärerna, och som inte syresätts i lungan.
|
||||
I arteriellt blod till lungan är PO2 5.3 kPa och PCO2 5.9 kPa i vila men detta förändras naturligtvis
|
||||
vid arbete då mer mer syre extraheras i vävnaden och med koldioxid avges.
|
||||
DIFFUSION
|
||||
Bild 3 Gasutbytet mellan alveoler och blodbana sker genom diffusion. Diffusionen sker över ett
|
||||
vävnadsskikt som består av (övre högra bilden) alveolarepitel, basalmembran i alveol och
|
||||
kapillär, samt kapillärendotel och drivs av partialtrycksskilladen för gasen (O2 respektive CO2)
|
||||
över vävnadsskiktet. Den påerkas av vävnadsskiktets tjocklek och yta, samt gasens s.k.
|
||||
diffusionskonstant (D). Man kan uttrycka sambandet matematiskt:
|
||||
Diffunderad gasvolym/tidsenhet = (Palveol –Pkapillär) x (Area/tjocklek) x D ”Ficks lag”
|
||||
Diffusionskonstanten är i sin tur proportionell mot gasens löslighet och omvänt proportionell mot
|
||||
kvadratroten av molekylvikten.
|
||||
Vad gäller de ingående variablerna, så har ju allt gjorts för att göra diffusionsytan så stor som
|
||||
möjligt, 100 – 150 kvadratmeter (det täta kapillärnätverket runt en enskild alveol visas i den
|
||||
undre figuren till höger - skalstrecket motsvarar 500 :m) och diffusionsavståndet (tjockleken)
|
||||
så litet som möjligt. Dock visar ekvationen att diffusionen påverkas om ytan minskar, t ex mängd
|
||||
öppna alveoler, eller om antal kapillärer, minskar, eller om diffusionsavståndet ökar t ex vid
|
||||
ödem och interstitiell fibros.
|
||||
Notera att diffusionskonstanten är mycket hög för koldioxid, ca 20 gånger högre än syrgas, beror
|
||||
på högre löslighet. Med andra ord diffusionsproblem drabbar i första hand syrgasutbytet och mer
|
||||
sällan (i mycket sena sjukdomsstadier) koldioxid.
|
||||
Bild 4 Gasutbytet består dock inte bara av diffusion över ett vävnadsskikt utan också av
|
||||
gasupptaget i blodet. För syrgas handlar det om bindningshastigheten till hemoglobin (Hb), som
|
||||
är ytterligare en begränsande faktor – inbindning av syrgasmolekyl til hemoglobin tar ungefär 0.2
|
||||
sekunder. Ett mer fullständigt sätt att relatera syrgasupptaget till blodbanan, till syrgasens,
|
||||
lungornas, cirkulationens och hemoglobinets egenskaper är begreppet Diffusionskapacitet (DL)
|
||||
som definieras som antal ml gas/min, som upptas till blodet per kPa partialtrycksdifferens. Med
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 19
|
||||
|
||||
andra ord DL = ml gas/min / (Palveol – Pkapillär).
|
||||
DL beskriver alltså egenskaperna hos syrgasen, lungorna, lungcirkulationen och inbindningen till
|
||||
hemoglobin som helhet och mängd upptagen syrgas till blodbanan per tidsenhet (ml/min) blir då
|
||||
= DL x (Palveol –Pkapillär).
|
||||
DL kan sedan delas upp i två delar. En första komponent (DM), som avser själva
|
||||
diffusionsprocessen genom cellmembranerna till blodbanan (se bilden) och som beror på yta,
|
||||
tjocklek, diff.konstant (enligt ”Ficks” lag i bild 3). En andra komponent, som beror på
|
||||
kapaciteten för inbindning till Hb dvs antal ml syrgas som konjugeras till Hb per minut (M x VC,
|
||||
där M är bindningshastigheten dvs antal ml syrgas som per minut binds per ml blod och kPa
|
||||
partialtrycksskillnad och VC är volymen kapillärblod). Man har visat att dessa båda komponenter
|
||||
bidrar ungefär lika mycket till värdet på diffusionskapaciteten (DL).
|
||||
DL ökar vid ökat arbete, ca 2-3 ggr, den viktigaste orsaken är att det öppnas upp områden
|
||||
(kapillärer) som tidigare var dåligt perfunderade, med andra ord, att VC ökar.
|
||||
Det är tekniskt svårt att mäta diffusionen av syrgas i lungan. Kliniskt kan man (med vissa
|
||||
förutsättningar) få en viss uppfattning om lungans diffusionsegenskaper genom mäta upptag av
|
||||
kolmonooxid med ett s.k ”single-breath” test. Man gör en inandning av en gasblaning som
|
||||
innehåller in låg koncentration kolmonooxid, håller andan i 10 sekunder (under vilka CO tas upp
|
||||
till blodet) och andas sedan ut varvid man mäter hur stor kolmonooxidkoncentration, som är kvar
|
||||
i utandningsluften.
|
||||
Bild 5 Hur effektiv är syrgasdiffusionen i lungorna? Är diffusionsprocessen tillräcklig snabb för
|
||||
att hinna oxygenera blodet under passagen genom kapillärerna kring alveolen? Hur stora är
|
||||
marginalerna? Bilden sammanfattar syrgasupptaget under blodets passage genom
|
||||
lungkapillärerna – visar PO2 som funktion av tiden under passagen (kurvan ”O2 Normal”). En
|
||||
blodkropp stannar ca 0.75s i kapillär (”End of capillary”). Det tar ca 0.15 – 0.20 s för att
|
||||
diffusionen skall höja PO2 från 5.3 kPa till alveolens nivå 13.1 kPa (”Alveolar”). Det finns alltså
|
||||
gott om tid för detta i vila. Tiden är också tillräcklig vid arbete, trots att passagetiden sjunker (pga
|
||||
ökad flödeshastighet) till 0.25s (”Exercise”). Den snabba mättnaden beror till del på Hbs
|
||||
dissociationskurva (bild 7). Vid PO2 nivåer på 5.3 – 13.1 kPa, så arbetar man på den flacka delen
|
||||
av kurvan, dvs när HbO2 ökar fås snabb ökning av PO2.
|
||||
Dock uppstår problem vid sjukdomstillstånd som påverkar diffusionen (t ex lungfibros, då
|
||||
diffusionsavståndet ökar) vilket exemplifieras av kurvan ”O2 Abnormal”. Nu behövs hela
|
||||
passagetiden för oxygeneringen, redan vid vila. Vid arbete räcker tiden inte till. I svåra fall krävs
|
||||
annu längre passagetid och oxygeneringen blir därmed otillräcklig redan i vila. Man får då en
|
||||
uttalad PO2 skillnad mellan alveol och kapillär.
|
||||
Man kan också göra en jämförelse med vistelse på hög höjd. PO2 i alveol är då kanske ca 6.5 kPa
|
||||
och i inkommande blod 2.6 kPa. Det finns då dels en mindre tryckdifferens, som ger
|
||||
långsammare diffusion. Dessutom, vid dessa partialtryck, så befinner man sig på den branta delen
|
||||
av hemoglobindets dissociationskurva (se bild 7), dvs en stor förändring av av Hb mättnad krävs
|
||||
för att PO2-nivån skall stiga. Det blir alltså svårt att hinna med att mätta blodet med syrgas,
|
||||
speciellt vid arbete.
|
||||
Bild 6 Gasutbytet mellan kapillärblod och perifera vävnader sker förstås ockå genom diffusion.
|
||||
Det låga partialtrycket för syrgas i vävnaden gör att syrgas diffunderar längs
|
||||
partialtrycksgradienten över till vävnaden. I vävnad precis utanför kapillär är PO2 i vila ca 5.3 kPa
|
||||
(medeltal; varierar mellan olika vävnader) vilket driver diffusionen från kapillären . Ute i
|
||||
vävnaden sjunker sedan PO2 med avståndet till kapillären eftersom syrgasen konsumeras genom
|
||||
diffusion in i cellerna till mitokondrierna. Ett värde på 5.3 kPa precis utanför kapillären behövs
|
||||
för att säkerställa diffusion genom hela det området som försörjs av kapillären. Inne i cellen kan
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 20
|
||||
|
||||
PO2 gå ned till ca 0.5 kPa innan syrgaskonsumtionen börjar minska i mitokondrierna.
|
||||
Sammanfattningsvis kan man alltså generellt se gasutbyte som att kapillärens blodgaser ständigt
|
||||
drivs mot jämvikt med vävnaden omedelbart utanför. När en alveol passeras (figurens vänstra
|
||||
del) uppnås en sådan jämvikt genom att syrgas upptas och koldioxid avges. Efter passagen
|
||||
kommer, som visas i figuren, kapillärblodets PO2 respektive PCO2 att motsvara alveolens. När
|
||||
kapillärblodet passerar celler i perifera vävnader (visas schematiskt i figurens högra del) så drivs
|
||||
gasutbytet mot ett annat jämviktsläge, som motsvarar miljön omedelbart utanför kapillären. För
|
||||
detta kommer syrgas att avges, koldioxid att upptas och efter passagen kommer kapillärblodets
|
||||
PO2 respektive PCO2 att ligga nära värdena i den miljö som nyss passerats.
|
||||
GASTRANSPORT I BLOD
|
||||
I tidigare bilder, så har vi diskuterat partialtrycken för syrgas på den venösa respektive arteriella
|
||||
sidan av lungkapillärerna. Hur mycket syrgas respektive koldioxid - mätt i ml gas per 100 ml
|
||||
blod - är då löst i blodet vid olika partialtryck? Hur binds och transporteras dessa gaser genom
|
||||
cirkulationen?
|
||||
Gasmolekyler kan lösas rent fysikaliskt i vätska. Den mängd gas som är fysikaliskt löst bestäms
|
||||
av gasens partialtryck och löslighet (dvs hur lätt gasmolekylerna löses i vätskan). Sambandet är
|
||||
linjärt och beskrivs av ”Henry's lag”. För syrgas: [O2] = k x PO2 där [O2]= gaskoncentrationen
|
||||
i ml gas per 100 ml blod, k = löslighetskoefficient för syrgas, och PO2 är partialtrycket av syrgas
|
||||
i vätskan. Syrgas har mycket låg fysikalisk löslighet i blod. Om det inte fanns några andra
|
||||
transportsystem för syrgas, skulle blodet kunna lösa och transportera 0.3 ml syrgas/100 ml blod
|
||||
dvs totalt 15 ml (blodvolym=5l), vilket ej är tillräckligt. Lösligheten för koldioxid är mycket
|
||||
högre men även i detta fall är mängden fysikaliskt löst gas otillräcklig. Det måste alltså finnas
|
||||
specialiserade transportsätt för syrgas och koldioxid.
|
||||
Syrgastransport
|
||||
Bild 7 Huvuddelen syrgas transporteras, som tidigare nämnts, bundet till hemoglobin - HbO2.
|
||||
Hemoglobin ökar blodets totala syrgasinnehåll (HbO2 + fysikaliskt löst) till 20.3 ml / 100ml blod.
|
||||
Hemoglobinets syrgaskapacitet dvs mängd syrgas som är inbundet när Hb är vid fullt mättat, är
|
||||
alltså ca 20ml per 100ml blod. Denna siffra baseras på att Hb-koncentrationen är 150 g/l och att
|
||||
1g Hb vid full mättnad binder 1.34 ml syrgas. Hb är normalt nästan fullt mättat i artärblod –
|
||||
mättnadsgraden är ca 98%. Mättnadsgrad (saturation, Sa-O2) = volym inbundet syrgas i procent
|
||||
av syrgaskapaciteten. Varje Hb-molekyl har fyra hem-grupper dvs inbindningsställen för syrgas
|
||||
(Hb:s struktur illustreras i den vänstra figuren).
|
||||
Att Hb har den dominerande rollen i syrgastransporten framgår tydligt av den högra bilden. Den
|
||||
heldragna linjen visar först – på vänstra axeln - hemoglobinets dissociationskurva dvs
|
||||
hemoglobinets saturation som funktion av PO2. Den högra axeln visar motsvarande
|
||||
syrgaskoncentrationer (ml syrgas / 100ml blod), vid olika PO2 nivåer. Denna ”översättning” från
|
||||
Hb-saturation till syrgaskoncentration, baseras på en Hb-koncentration på 150g/l. I samma
|
||||
diagram har man sedan lagt in koncentrationen av fysikaliskt löst syrgas som funktion av PO2
|
||||
(linjen ”Dissolved O2”). Man kan nu se hur liten andel denna utgör jämfört med
|
||||
Hemoglobin-bundet syrgas. Kurvan ”Total O2” visar summan av de två. Att Hb:s
|
||||
saturationskurva är sigmoid har sin bakgrund i hemoglobinmolekylens struktur. För varje
|
||||
inbunden syrgasmolekyl, så ändras hemoglobinets struktur något så att affiniteten för syrgas till
|
||||
de övriga bindningsställena ökar. Detta ger ett brant del av kurvan dvs där små förändringar av
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 21
|
||||
|
||||
PO2 ger stora förändringar av saturationen.
|
||||
Bild 8 I kliniken mäter man flera parametrar för att bedöma syrgasinnehållet i blod. Exempelvis
|
||||
mäts Hb-koncentrationen mäts spektrofotometriskt i kapillärblod från fingerspetsen. Arteriellt
|
||||
PO2 kan mätas genom provtagning från a. radialis nära carpalleden (rutinprov). Figuren visar en
|
||||
mycket vanlig teknik att kontinuerligt (t.ex under anestesi resp IVA-övervakning) mäta
|
||||
Hb-mättnaden i artärblod (arteriell syrgassaturation; Sa-O2) non-invasivt med s.k pulsoximeter.
|
||||
Ljus med viss våglängdssammansättning sänds genom fingertoppen från ovansidan och på
|
||||
undersidan sätts en detektor (allt inrymt in en plastklämma) för spektrofotometri-analys (oxiderat
|
||||
respektive reducerat Hb har olika absorbans). Detektorn är utformad för att bara mäta på
|
||||
pulserande blod dvs arteriellt (man kan därmed även mäta pulsfrekvensen samtidigt).
|
||||
Koldioxidtransport
|
||||
Bild 9. Koldioxid bildas i vävnaden och transporteras till lunga Binds i blod i 3 former (siffor
|
||||
inom parentes anger andelen av den artero-venösa koncentrationsskillnaden).
|
||||
Fysikaliskt löst
|
||||
(10%)
|
||||
Som bikarbonat,
|
||||
CO2 + H2O ] H2CO3 ] HCO3
|
||||
- + H+
|
||||
(60%)
|
||||
Bundet till Hb, carbaminoföreningar Hb-NH2 + CO2 ] Hb-NH-COO- + H+
|
||||
(30%)
|
||||
Jämfört med O2 så är en större mängd fysikaliskt löst, då CO2 ca 20 x större löslighet.
|
||||
Huvuddelen CO2 från vävnaden omvandlas till bikarbonat. Detta sker i stort sett enbart inne i
|
||||
erythrocyten - där finns hög koncentration av enzymet karbanhydras som katalyserar
|
||||
omvandlingen. HCO3
|
||||
- som bildas i erythrocyten, lämnar den och går ut i plasma - byts mot
|
||||
klorid, s.k. chloride shift. Den näst största transportformen är att CO2 kan bindas till NH2
|
||||
–grupper i hemoglobinets aminsorsyror, s.k karbaminoföreningar. Det väte som frigörs såväl när
|
||||
bikarbonat bildas som när karbaminoföreningar uppstår (ca 2 mM H+/liter blod, 1.4 från H2CO3
|
||||
och 0.6 från karbamino) måste dock tas om hand. Detta sker genom buffring av Hb – vätejonerna
|
||||
binds till COO- grupper i hemoglobinets aminosyror och gör att pH förblir i stort sett oförändrat
|
||||
när CO2 binds till blod.
|
||||
Bild 10 Det finns ytterligare en sak att nämna vad gäller gastransport och det är att transporten
|
||||
av CO2 är nära förbunden med blodets pH-balans dvs syra-bas regleringen. Kopplingen är att det
|
||||
viktigaste transportsystemet för CO2 är via omvandling till bikarbonat, som dessutom är ett
|
||||
centralt buffert-system för blodet. Syrabasreglering kommer senare i kursen som ett separat
|
||||
avsnitt. Vi skall här bara poängtera att förändringar i respirationen påverkar pH-värdet i blod
|
||||
Det centrala är reaktionen H2O + CO2 ] H2CO3 ] H+ + HCO3
|
||||
- och kopplingen till respirationen
|
||||
är att CO2 –koncentrationen kontrolleras av ventilationen.
|
||||
CO2 står här för mängden fysikaliskt löst CO2 som är prop. mot PCO2 i blod, som är i jämvikt
|
||||
med PCO2 alveolärt, som i sin tur kontrolleras av ventilationen. Hypoventilation ger således ökat
|
||||
PCO2 , vilket i sin tur driver reaktionen ovan åt höger dvs ökar [H2CO3] och [H+], vilket ger en
|
||||
s.k. respiratorisk acidos. Hyperventilation ger den motsatta effekten dvs sänkt PCO2, som i sin
|
||||
tur driver reaktionen ovan åt vänster och ger sänkt [H2CO3], samt sänkt [H+], vilket ger en s.k.
|
||||
respiratorisk alkalos.
|
||||
GASUTBYTE BLOD-PERIFER VÄVNAD, RESPEKTIVE BLOD-LUNGOR
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 22
|
||||
|
||||
Bild 11-12 skall visa hur syrgas och koldioxid-transport samordnas i lungorna respektive i
|
||||
arbetande vävnad
|
||||
Bild 11 Situationen i arbetande vävnad. Det låga partialtrycket för syrgas i vävnaden gör att
|
||||
syrgas dissocierar från hemoglobin och diffunderar över till vävnaden. PO2-medelvärdet i vila
|
||||
utanför kapillären, ca 5.3 kPa, innebär att syrgasmättnaden minskar till i medeltal ca 75 %. Vid
|
||||
arbete förbättras diffusionen genom öppning av fler kapillärer dvs diffusionsavståndet minskar
|
||||
och diffusionsytan ökar, samt av att PO2 är lägre (lägre PO2 ger också större syrgasextraktion från
|
||||
Hb – se bild 13). Det högre partialtrycket för koldioxid i vävnaden jämfört med blodbanan gör
|
||||
att koldioxid diffunderar över till kapillären och tas upp av de i bild 9 beskrivna
|
||||
transportsystemen. Analogt med syrgas så ökar diffusionen vid arbete genom att PCO2 i vävnaden
|
||||
är högre samt av att fler kapillärer står öppna.
|
||||
Bild 12 Visar den omvända situationen i lungorna. Det högre partialtrycket för syrgas i
|
||||
alveolerna jämfört med blod, gör att syrgas diffunderar över till blodbanan och tas upp av Hb.
|
||||
Det lägre partialtrycket för koldioxid i alveolerna gör att koldioxid diffunderar från blod över till
|
||||
alveolerna, CO2 dissocierar från Hb (från karbaminoföreningar) och att jämvikten med
|
||||
bikarbonat vänsterförskjuts så att koldioxid frigörs även från detta transportsystem.
|
||||
I såväl lungor som arbetande vävnad, så sker gasutbytet via den i blodet fysikaliskt lösta
|
||||
fraktionen av gasen. Denna fraktion står å ena sidan i jämvikt med vävnaden utanför kapillären,
|
||||
å andra sidan med blodets övriga gastransportsystem. Den fria fraktionen fungerar, populärt
|
||||
uttryckt, som en ”länk” mellan vävnaden utanför kapillären och blodets gastransportsystem. För
|
||||
syrgas gäller alltså att när O2 diffunderar från blod till vävnad, så sker detta genom att vävnaden
|
||||
konsumerar O2 från den i blodet fysikaliskt lösta fraktionen, som ”fylls på” med syrgas från Hb
|
||||
i erytrocyterna.
|
||||
Det finns ett antal faktorer som underlättar utbytet av CO2 och O2 och som beskrivs i bild 13-15.
|
||||
Bild 13 Dissociationskurvans sigmoida form spelar en viktig roll för Hb:s funktion som
|
||||
gastransportör. I denna figur har man markerat de områden som motsvarar oxygenerat blod från
|
||||
lungan, respektive reducerat blod från perifera vävnader. Att syrgasavgivning till perifer vävnad
|
||||
sker i det branta området av kurvan gör att redan en liten sänkning av partialtrycket leder till att
|
||||
stora mängder syrgas dissocierar från Hb. Att oxygeneringen kommer att äga rum inom den
|
||||
flacka över delan av kurvan ger, som vi påpekade i bild 5, förutsättning för snabb mättnad. Att
|
||||
PO2 i alveolen ligger långt upp på den flacka delen av kurvan innebär att vi, när syrgasmättnaden
|
||||
börjar öka, fortfarande kommer att ha kvar en betydande tryckskillnad mellan kapillär och alveol
|
||||
dvs drivande tryck för diffusionen.
|
||||
Bild 14 Det finns vidare en del ”omgivningsfaktorer” som påverkar syrgasavgivningen från Hb.
|
||||
Dessa är: 1) ökat PCO2 2) sänkt pH 3) höjd temperatur 4) ökat 2,3-BPG.
|
||||
Som de olika delfigurerna visar, så verkar dessa faktorer genom att de högerförskjuter
|
||||
hemoglobinets dissociationskurva (högra bilden). Detta betyder att Hb vid samma PO2 har lägre
|
||||
affinitet för syrgas dvs binder mindre syrgas, eller med andra ord att mer syrgas avlämnas.
|
||||
Högerförskjutning vid ökat PCO2 sänkt pH och höjd temperatur, medför att syrgas extraheras
|
||||
bättre från Hb i arbetande vävnad (dessa förhållanden råder ju i arbetande vävnad). Denna
|
||||
högerförskjutning är särskilt betydelsefull för att tillgodose syrgasbehovet i muskulaturen vid
|
||||
fysiskt arbete. Högerförskjutningen av ökat PCO2 och sänkt pH kallas Bohr-effekten och har, som
|
||||
indikeras i den vänstra bilden, sin bakgrund i att inbindning av CO2 repektive H+ till Hb ger en
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 23
|
||||
|
||||
konformationsförändring så att affiniteten för syrgas minskar.
|
||||
2,3-BPG (bifosfoglycerat) är ett ämne som bildas i erythrocyten. Ökning av 2,3-BPG är en
|
||||
adaptationsmekanism vid kronisk hypoxi (t.ex vid kronisk lungsjukdom eller vistelse på måttligt
|
||||
höga höjder) och gör att syrgas lättare dissocierar från Hb i perifer vävnad.
|
||||
Bild 15 Denna bild skall visa att mängden löst CO2 i blod, beror av hemoglobinets
|
||||
syrgasmättnad. Bilden visar relationen mellan PCO2 och total mängd löst CO2 i blod vid olika
|
||||
Sa-O2 nivåer. Man ser att ju mindre syremättat Hb är, desto mer löst CO2 för ett givet PCO2 Med
|
||||
andra ord, minskad Hb-mättnad ger en vänsterförskjutning av kurvan. Detta kallas Haldane
|
||||
effekten. Det innebär att när Hb avlastar syre till perifer vävnad, så underlättas upptaget av
|
||||
koldioxid från samma vävnad till blodbanan. Bakgrunden till Haldane-effekten visas schematiskt
|
||||
i den vänstra bilden. När Hb tappar O2, ute i vävnadskapillären, så binder Hb mer H+ (blir en
|
||||
svagare syra). Detta driver på bildningen av bikarbonat från koldioxid (reaktionen i bild 11, 12
|
||||
drivs åt höger). Dessurom bildar reducerat Hb lättare karbamino-CO2. I lungorna däremot,
|
||||
oxygeneras Hb och detta gör då att reaktionerna förskjuts mot bildning av CO2. Oxygeneringen
|
||||
av Hb underlättar alltså avgivningen av CO2 till alveolen.
|
||||
För att sammanfatta gasutbytet i lungor och perifera vävnader, så kan vi titta tillbaka på bild
|
||||
11-12 och nu lägga till interaktionen mellan Bohr- och Haldane-effekten. I arbetande vävnad
|
||||
(bild 11) gör, som tidigare nämnts, det låga partialtrycket för syrgas i vävnaden att syrgas
|
||||
dissocierar från hemoglobin. Högre temperatur, lägre pH i vävnaden underlättar avgivningen av
|
||||
syrgas (högerförskjuter Hb-dissociationskurvan; Bohr-effekten). Koldioxid diffunderar längs sin
|
||||
partialtrycksgradient i motsatt riktning. Det reducerade hemoglobinet underlättar upptaget av
|
||||
koldioxid (Haldane-effekten) till blodet. I lungorna (bild 12) har vi den omvända situationen.
|
||||
Syrgas diffunderar in i erythrocyten och koldioxid till alveolen, allt drivet av skillnaderna i
|
||||
partialtryck mellan blod och alveolarluft. Hb-dissociationskurvan förskjuts åt vänster (temperatur
|
||||
lägre och pH högre) jämfört med arbetande vävnad, vilket underlättar upptaget av syrgas. När
|
||||
Hb oxideras (upptar syrgas) underlättas avgivningen av koldioxid.
|
||||
LUNGCIRKULATION
|
||||
Vätskebalans i lungan
|
||||
Bild 16 Avståndet mellan alveolen och blodplasma i lungkapillärerna är bara 300nm, dvs den
|
||||
transkapillära filtrationen måste hållas i shack så att inte aveolerna fylls med filtrerad blodplasma.
|
||||
Figuren visar att alveolväggens interstitium fortsätter i ett perivaskulärt insterstitialrum som löper
|
||||
runt mindre vener, artärer och lymfkärl mellan alveolerna. Vätskeutbyet antas följa Starling’s lag
|
||||
och regleras av balansen mellan den hydrostatiska och kolloidosmotiska tryckskillnaden över
|
||||
kapillärerna. Storleken på dessa tryck är ofullständigt kända, men sannolikt föreligger normalt
|
||||
en nettofiltration från kapillären till alveolväggens intersitium (uppskattningsvis kanske 20 ml/h).
|
||||
Bild 17 Denna bild skall visa hur den filtrerade vätskan tas hand. Vätskan passerar ut interstitiet
|
||||
perivaskulärt och absorberas av lymfkärlen (pil 1) och normalt västkefylls alltså inte alveolerna.
|
||||
Om det transmurala trycket stiger (t.ex vid vänsterkammarsvikt, då ökat fyllnadstryck i vänster
|
||||
förmak medför ökat tryck ”bakåt” i lungcirkulationen), så ökar filtrationen vilket inledningsvis
|
||||
ger ökad vätska i och vidgning av det perivaskulära insterstitiet (s.k. interstitiellt lungödem) med
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 24
|
||||
|
||||
ökad lymfavflöde. I senare stadier så går även vätska ut i alveolerna (s.k. alveolärt lungödem).
|
||||
Blodflöde - tryckförhållanden
|
||||
Bild 18 Visar en översikt över lungkretsloppet - a. pulmonalis från höger kammare, sedan vv.
|
||||
pulmonales till vänster förmak. Lungkretsloppet är kopplat i serie med systemkretsloppet, och
|
||||
måste sålunda som ensamt organ kunna ta emot hela cardiac output och samma mängd blod
|
||||
måste kunna passera lungkretsloppet som genom hela systemkretloppet. Figuren visar också den
|
||||
stora skillnaden mellan lung- mot systemkretsloppet dvs att lungketsloppet är ett
|
||||
lågtryckssystem. Systoliskt tryck i pulmonalisartär är ca 25 mmHg, diastoliskt 8 och MAP 15.
|
||||
Perfusionstryck (MAP – fyllnadstryck i vä förmak) är således 15 - 5 = 10 mmHg dvs en tiondel
|
||||
av det i systemkretsloppet. Detta är egentligen inte så märkligt eftersom lungcirkulationen enbart
|
||||
behöver motverka gravitation upp till lungapex – jämför med systemcirkulationen, som måste
|
||||
kunna perfundera vävnader högt ovanför hjärtat (t.ex musklerna i en hand lyft ovanför huvudet).
|
||||
Lungkretsloppet behöver inte heller distribuera blod på ett komplext sätt till en mängd olika
|
||||
organ. Det har således inte behov av en prekapillär resistanskontroll och saknar därmed de
|
||||
tjockväggiga prekapillära resistanskärlen. Lungkärlen har istället tunna väggar, ej mycket glatt
|
||||
muskulatur och som lättare töjs ut (töjbarheten är en grund för blodresevoirfunktionen).
|
||||
Lungkretsloppet är alltså anpassat så att man med lågt tryck och därmed förhållandevis lite
|
||||
pumparbete i högerhjärtat, kan driva blodflödet genom lungkapillärerna för gasutbyte, vilket ju
|
||||
är lungcirkulationens primära funktion.
|
||||
!
|
||||
Det låga perfusionstrycket har dock några negativa konsekvenser:
|
||||
!
|
||||
Dålig perfusion av lungans apikala delar, speciellt i vila (se vidare bild 22).
|
||||
Perfusionstryck är mycket beroende av trycket i vä förmak. Om vä kammare börjar
|
||||
svikta, så ökar fyllnadstrycket i vä förmak. Detta gör då att trycket i hö kammare måste
|
||||
höjas för att bibehålla lungblodflödet vilket medför ökat arbete för höger kammare, som
|
||||
då sekundärt kan börja svikta också.
|
||||
Bild 19-20 Andra egenskaper hos lungcirkulationen kan illustreras av principerna för hur
|
||||
lungkärlens resistans regleras. Lungkärlsresistans påverkas av:
|
||||
Tryck i lungkärl, vasomotoraktivitet, lungvolym, PO2 i alveol lokalt
|
||||
Bild 19 Tryck i lungkärl. Kurvan nederst till vänster visar att tryckökning på artärsidan ger en
|
||||
kraftig sänkning av lungkärlsresistansen. Detta gör att, som visas i bilden nederst till höger,
|
||||
blodflödet kan öka kraftigt genom lungan, t ex vid arbete, utan nämnvärd ökning av trycket i
|
||||
höger kammare och sålunda höger kammares arbete. Som framgår av diagrammet så ökar trycket
|
||||
endast ca 10 mm Hg när cardiac output ökar från 5-25 l/min. Resistanssänkningen som svar på
|
||||
en tryckökning är således en mycket betydelsefull faktor för lungcirkulationens funktion. Två
|
||||
mekanismer ligger bakom resistanssäkningen:
|
||||
Rekrytering. Detta innebär att ökat tryck öppnar upp tidigare stängda kapillärbäddar eller att man
|
||||
börjar perfundera öppna kapillärbäddar som tidigare saknat blodföde. Denna mekanism ger inte
|
||||
bara sänkt tryck utan också ökad diffusionskapacitet och utnyttas därför vid arbete. Mekanismen
|
||||
för varför vissa kärl stängs vid låga perfusionstryck eller saknar blodflöde trots att de är öppna,
|
||||
är oklar men det rör sig om en lokal mekanism eftersom den finns i denerverad lunga. För det
|
||||
senare fallet (avsaknad av blodflöde trots öppna kärlbäddar), så är det möjligt att det är rent
|
||||
slumpmässigt – kapillärnäten är ju inte helt geometriskt perfekta rutnät och där alla kärl har exakt
|
||||
samma diameter. Slumpmässiga skillnader i kapillärnätens geometri skulle kunna göra att
|
||||
blodflödet riktas till vissa områden vid låga perfusionstryck.
|
||||
Utspänning av kärlen (distension) Här avser man ökad kärldiameter och denna mekanism
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 25
|
||||
|
||||
kommer vid större tryckökningar.
|
||||
Blodvolym – resevoirfunktion:
|
||||
De mekanismer, som sänker resistansen vid tryckökning, ger också upphov till en annan viktig
|
||||
funktion för lungcirkulationen, vid sidan av att driva blodflödet genom lungkapillärerna för
|
||||
gasutbyte, nämligen att kunna fungera som blodreservoir. Det är exempelvis lungorna som
|
||||
härbärgerar den blodvolym som frigörs från benens djupa vensystem när man ändrar
|
||||
kroppsställning från stående till liggande. Mekanismen är även i detta sammanhang rekrytering
|
||||
av fler kärlbäddsavsnitt och utspänning av kärlen. Detta gör att lungkärlen kan öka sin blodvolym
|
||||
utan större ökning av arteriellt eller venöst tryck. Sympaticusaktivering medför mobilisering av
|
||||
den intrapulmonala blodvolymen till vänster förmak.
|
||||
Vasomotoraktivitet Vasomotoraktivitet är betydelsefullt för att mobilisera blod från lungkärlen
|
||||
till vänster förmak. Vasomotoraktivitet är dock inte så betydelsefullt för att reglera blodflödet i
|
||||
lungan om man jämför med systemkretsloppet. Den nervösa innervationen av arterioler (dvs för
|
||||
resistanskontroll) är inte särskilt stor i lungan, som ju saknar arterioler med tjock vägg av glatt
|
||||
muskulatur. Excitation av vasokonstriktofibrerna (sympaticus) medför således endast måttliga
|
||||
resistensökningar. Innerveringen främst till större kärl.
|
||||
Bild 20 Lungvolym. När man diskuterar lungkärl gör man en distinktion i alveolära och
|
||||
extra-alveolära kärl. Alveolära är de som påverkas av trycket inne i alveolerna och utgörs i
|
||||
princip av kapillärer. Trycket över kärllumen = intrakapillärt tryck – alveolärt. Extra-alveolära
|
||||
är övriga kärl dvs artärer, vener där trycket över lumen = intravasalt – intrapleuralt.
|
||||
Volymökning av lungorna (figuren överst) innebär mer negativt intrapleuralt tryck och detta gör
|
||||
att extra-alveolära kärl spänns ut dvs sänkt resistans. Alveolära kärl beter sig annorlunda, de
|
||||
sträcks ut i längsriktningen när alveolerna expanderar och får då mindre diameter, därmed högre
|
||||
resistans. Volymsförändringar ger alltså motatta effekter på resistansen i alveolära och
|
||||
extraalveolära kärl och summan av de två avgör nettoeffekten. Diagrammet nederst visar
|
||||
schematiskt resistansen i alveolära och extra-alveolära kärl, samt total resistans, som funktion
|
||||
av lungvolymen. Sammantaget, så får man att ett U-format förhållande mellan lungvolym och
|
||||
total resistans. Systemet är vidare utformat så att den totala resistansen är minst vid den
|
||||
funktionella residualkapaciteten (FRC). Effekten av en inandning/utandning på
|
||||
lungkärlsresistansen beror alltså på var man befinner sig på kurvan.
|
||||
PO2 i alveol Lungkärlsresistansen regleras lokalt av PO2 i alveolerna. Denna reglering skall vi
|
||||
diskutera i detalj i bild 24. Den har betydelse för att anpassa genomblödningen till lokala
|
||||
skillnader
|
||||
i
|
||||
ventilationen,
|
||||
i
|
||||
olika
|
||||
delar
|
||||
av
|
||||
lungan,
|
||||
det
|
||||
man
|
||||
kallar
|
||||
ventilations-perfusionsanpassning och som vi nu skall gå igenom som ett särskilt avsnitt.
|
||||
VENTILATIONS - PERFUSIONSANPASSNING
|
||||
Som omnämndes i bild 18 så är en konsekvens av det låga trycket i lungkretsloppet att
|
||||
perfusionen i apikala delar av lungan blir sämre pga det hydrostatiska tryckfallet. Vi skall nu visa
|
||||
att det finns regionala skillnader i såväl blodflöde som ventilation inom lungan. För att
|
||||
syresättningen skall fungera optimalt, så måste alltså perfusion och ventilation vara matchade
|
||||
inom lungans olika delar. Vi skall först mer detaljerat beskriva skillnaderna i perfusion respektive
|
||||
ventilation och orsaken till dessa och sedan ställa frågan hur väl ventilationen och perfusionen
|
||||
är anpassade i lungans olika delar? Det kommer att visa sig att dessa regionala skillnader gör att
|
||||
lungan fungerar mindre effektivt.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 26
|
||||
|
||||
Ventilation
|
||||
Bild 21 Skillnader i ventilation mellan olika delar av lungan kan man se genom att låta en
|
||||
försöksperson (fp) inandas luft innehållande redioaktivt xenon, och undersöka hur det
|
||||
distribueras (s.k ventilationsscintigrafi). Hos en stående fp är ventilation/volym störst basalt, och
|
||||
minskar apikalt (se diagrammet till höger). Om man ligger på rygg är ventilationen istället störst
|
||||
mot ryggsidan. Med andra ord variationerna i ventilation är kopplade till gravitationen
|
||||
Orsaken är att det intrapleurala undertrycket varierar mellan olika delar av intrapleuralrummet
|
||||
pga gravitationen. Den elastiska retraktionen av lungan, som hjälper till att skapa undertrycket,
|
||||
är lägre basalt än apikalt pga lungans tyngd. Man får alltså ett lägre transpulmonellt tryck basalt
|
||||
(kanske –2 mmHg), och lungan blir mindre uttänjd där, än apikalt (där trycket blir kanske runt
|
||||
–10). De basala delarna av lungan kommer därmed att expandera bättre vid inandning eftersom
|
||||
de, som det undre diagrammet visar, arbetar på en brantare del av (transpulmonellt) tryck –
|
||||
volymkurvan, dvs med högre compliance. (Detta resonemang förutsätter dock att det
|
||||
intrapleurala trycket ändras lika mycket basalt och apikalt vid inandning, samt att volymökningen
|
||||
för varje lungdel följer tryck-volymkurvan för hela lungan).
|
||||
Perfusion
|
||||
Bild 22 Skillnaderna i genomblödningen syns med s.k. perfusionsscitigrafi. Radioaktivt Xenon
|
||||
ges i perifer ven, går ut till alveolerna i proportion till blodgenomströmning. Skillnaden i
|
||||
distribution av radioaktiviteten beskriver perfusionsskillnaderna. Vi får den bild som vi kunde
|
||||
förvänta enligt resonemanget i bild 18 (”negativa konsekvenser av lågt perfusionstryck”),
|
||||
nämligen att perfusionen är sämre apikalt än basalt (diagrammet till höger). Bilden liknar
|
||||
ventilationen men är mer utpräglad. Man skall tillägga att dessa regionala skillnader minskar vid
|
||||
arbete till följd av högre tryck samt att fler kapillärbäddar rekryteras.
|
||||
Bild 23 För att förklara skillnaderna i perfusion, så måste vi beakta att lungkretsloppet är ett
|
||||
lågtryckssystem och att det arteriella trycket i lungans apikala delar därför ligger nära lufttrycket
|
||||
i alveolerna (dvs atmosfärtrycket). Vi kan tänka oss tre hypotetiska situationer.
|
||||
1/ Palveol > Partär, dvs det arteriella trycket är lägre än lufttrycket i alveolerna. Lufttrycket i
|
||||
alveolerna får då kapillärerna att kollabera och stänger helt av blodflödet
|
||||
2/ Palveol ligger mittimellan Partär och Pven, Detta ger en kompression av kapillärerna, men stänger
|
||||
dem inte helt. Man kan visa att man i sådana sammanhang får en perfusion som drivs av
|
||||
skillnaden mellan Partär och Palveol (dvs Partär - Palveol).
|
||||
3/ Palveol < Pven, I sådant fall begränsar inte lufttrycket i alveolerna perfusionen. Man får en
|
||||
perfusion som styrs av Partär – Pven.
|
||||
Om vi nu betraktar en lunga, så kommer blodtrycket som sagt att sjunka upp mot apex pga det
|
||||
hydrostatiska tryckfallet och sålunda sjunker medelkapillärtryck apikalt. På motsatt sätt ökar
|
||||
istället medelartätrycket basalt. Med andra ord, den fysiologiska situationen i lungan apikalt till
|
||||
basalt, kan motsvara våra tre hypotetiska scenarior ovan, såsom anges i figuren. Dock är zon 1
|
||||
ej sannolik normalt, men efter blödning med låg blodvolym, eller vid en situation med högt
|
||||
alveolärt tryck. Zon 2 motsvarar sannolikt vad som är normalt i lungans apikala del. I zon 3
|
||||
tillkommer dessutom, pga det höga hydrostatiska trycket, en dilatation och en rekrytering (se bild
|
||||
19) av kapillärer basalt vilket sänker resistansen och ger ännu större genomblödning.
|
||||
Hur anpassas skillnader i ventilation / perfusion till varandra?
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 27
|
||||
|
||||
1) Gravitationen: Som vi har beskrivit ovan gör gravitationen att både och blodflöde minskar
|
||||
apikalt och ökar basalt vilket får ses som en grov ventilations-perfusionsanpassning. Till denna
|
||||
adderas lokalt verkande aktiva kontrollsystem som beskrivs under nästa två punkter.
|
||||
2) Vasokonstriktion vid sänkt alveolärt PO2:
|
||||
Bild 24 Alveolär hypoxi ger lokal vasokonstriktion (s.k. hypoxisk vasokonstriktion), som
|
||||
förstärks av hypercapni (höjt CO2) och lokal acidos. Övre bilden illustrerar schematiskt effekten
|
||||
och diagrammet i den undre kurvan visar hur stark effekten är Den funktionella betydelsen av
|
||||
hypoxisk vasokonstriktion är alltså att minska blodflödet till dåligt ventilerade regioner. Populärt
|
||||
uttryckt riktas alltså perfusionen från sämre till bättre ventilerade alveoler. Detta kan gälla vid
|
||||
en tillfällig sänkning av ventilationen exempelvis bronkobstruktion av en slempropp, men
|
||||
hypoxisk vasokonstriktion kan förstås också bidra något till att anpassa gravitationsskillnaderna.
|
||||
Lägre ventilation apikalt ger ju lägre alveolärt PO2 apikalt Y vasokonstriktion Y minskad
|
||||
perfusion i dessa områden. Hypoxisk vasokonstriktion är en lokal effekt. En föreslagen
|
||||
mekanism är direkt effekt på muskulaturen i kärlväggen, en annan är förändringar i
|
||||
koncentrationen av någon vasoaktiv mediatorsubstans t.ex kvävemonoxid (vasodilatationsfaktor
|
||||
från endotelceller).
|
||||
Vi skall i sammanhanget också tillägga att hypoxisk vasokonstriktion har en ytterligare funktion
|
||||
prenatalt - att (pga lågt alveolärt PO2) hålla lungcikulationen avstängd före födseln. Vi skall också
|
||||
påpeka att hypoxisk vasokonstriktion skapar problem i ett sammanhang, nämligen vid vistelse
|
||||
på hög höjd. Lågt PO2 ger då en mer generell vasokonstriktion och därmed kronisk pulmonell
|
||||
hypertension.
|
||||
|
||||
3) Bronkkonstriktion vid sänkt alveolärt PCO2: Ventilationen påverkas av alveolärt PCO2. Lägre
|
||||
genomblödning apikalt Y lägre alveolärt PCO2 apikalt Y bronkkonstriktion Y minskad ventilation
|
||||
i dessa områden. Populärt uttryck riktas alltså luften från sämre till bättre perfunderade alveoler.
|
||||
Denna effekt är dock mindre uttalad och har klart mindre betydelse än vasokonstriktionen
|
||||
beskriven under punkt 2.
|
||||
Bild 25 Hur väl fungerar då ventilations-/perfusionsanpassningen? Figuren visar ventilationen
|
||||
och perfusionen på olika höjd (uttryckt som revbensnummer) i lungan. Om anpassningen vore
|
||||
perfekt skulle förhållandet mellan ventilation och perfusion bli 1:1, dvs linjerna skulle
|
||||
sammanfalla. Det syns att så ej är fallet. För att få en uppfattningen om fel- anpassningen, så kan
|
||||
man kan bilda kvoten mellan ventilation (VA) och perfusion (Q), dvs VA/Q. Denna kallas
|
||||
ventilations-perfusionskvot och visas som en kurva i figuren (värden avläses på y-axeln till
|
||||
höger). Man ser att ventilations-perfusionskvoten varierar mellan olika delar av lungan så att
|
||||
lungan är överventilerad apikalt (VA/Q >1) och överperfunderad (VA/Q <1) basalt. Denna
|
||||
ojämlikhet finns i vila trots de kompensationsmekanismer (t ex att sänkt PCO2 ger
|
||||
bronkkonstriktion, sänkt PO2 vasokonstriktion), som nämnts tidigare. Dessa
|
||||
kompensationsmekanismer minskar ned ojämlikheten, men kan ej helt kompensera.
|
||||
Bild 26 Vad har det då för betydelse att lungan är överventilerad apikalt och överperfunderad
|
||||
basalt? För att svara på det måste vi först förstå att ventilations-perfusionskvoten kommer att
|
||||
bestämma värdet på PO2 och PCO2 i alveolen och därigenom också i kapillärerna runt alveolen
|
||||
(som vi nämnde i bild 2, så är ju står ju blodet i kapillären i jämvikt med gasblandningen i
|
||||
alveolen). För att visa detta börjar vi med två extremsituationer - totalt ventilationsblock (vänster)
|
||||
och totalt perfusionsblock (höger).
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 28
|
||||
|
||||
Totalt ventilationsblock: VA/Q är då 0. Eftersom alveolen inte ventileras, så kommer alveolgasen
|
||||
att ekvilibreras med kapillären dvs alveolärt PO2 och PCO2 motsvarar värdena i blandat venöst blod
|
||||
i pulmonalisartären.
|
||||
Totalt perfusionsblock: VA/Q går nu mot oändligheten. Alveolärt PO2, PCO2 motsvarar värdena för
|
||||
anfuktad luft.
|
||||
Allmänt sett så leder alltså variationer i VA/Q till ändringar i PO2 och PCO2 mellan de
|
||||
extremsituationer som illustreras i figuren. Varje enskilt värde på VA/Q svarar mot ett bestämt
|
||||
värde på PO2 och och därmed också på PCO2 eftersom värdena på PO2 och PCO2 ju alltid är kopplade
|
||||
(enligt bild 2 – ”alveolära gasekvationen”).
|
||||
Bild 27 De värden som PO2 och PCO2 antar när man går från låg till hög VA/Q visas av kurvan i
|
||||
denna figur. Punkterna på kurvan markerar förhållandena i lungans olika delar. Det faktum att
|
||||
VA/Q varierar i olika delar av lungan kommer alltså att innebära att i PO2 varierar från 12 till 17
|
||||
kPa, och PCO2 från 5.6 till 3.7 kPa när man går från den relativt sett överperfunderade basala delen
|
||||
till den relativt sett överventilerade apikala delen.
|
||||
Bild 28 Variationerna i PO2 och PCO2 finns förstås såväl mellan alveolerna, som mellan
|
||||
kapillärblodet från dem eftersom kapillärblodet är ekvilibrerat med alveolargasen. Denna bild
|
||||
visar i princip samma sak som bild 27, men här har man också lagt till en del andra parametrar
|
||||
som följer av variationerna i PO2 och PCO2 såsom skillnader i syrgas- och
|
||||
koldioxidkoncentrationerna i ml gas per ml blod, samt pH.
|
||||
Bild 29 Det venösa blodet från lungan blir alltså en blandning av blodet från alla perfunderade
|
||||
alveoler och värdena på PO2 , PCO2 , Sa-O2 osv., blir alltså ett viktat medeltal mellan värdena för
|
||||
alla bidragande kapillärer. När man nu blandar ihop allt detta, så får man tänka på att ett område
|
||||
med relativt sett dålig perfusion (apikalt) bidrar mindre än de med hög perfusion. Detta innebär
|
||||
att det blandade blodet får en övervikt från områden med låg VA/Q, dvs med låg PO2 och hög
|
||||
PCO2. I figuren visas schematiskt ett exempel med blandning av blod från tre alveoler med olika
|
||||
VA/Q – 0.7, 0.9, 1.7 (tabellen överst visar motsvarande alveolära PO2 och PCO2 – värden). Vid
|
||||
blandningen får vi störst bidrag från alveolen med VA/Q = 0.7 (dvs den med högst PCO2 och lägst
|
||||
syrgassaturation) eftersom den har större perfusion än de övriga. Saturationen, och
|
||||
blodgasvärdena i det blandade blodet blir alltså en viktad kompromiss, med övervikt för den
|
||||
alveol med de sämsta förhållandena. Ett liknande scenario gäller för lungan som helhet. De högre
|
||||
bidraget från områden med låg VA/Q innebär därmed att arteriellt PO2 alltid kommer att ligga
|
||||
lägre än medeltalet för alveolärt PO2. I normala förhållande är skillnaden liten, kanske 0.5 kPa.
|
||||
Det finns ytterligare faktorer som gör att arteriellt PO2 normalt ligger lägre än medeltalet för
|
||||
alveolärt PO2. En sådan är att man också får tillblanding av blod från bronkialcirkulationen och
|
||||
som inte passerar alveolen. Sådan blodtillblanding kallas ”shuntning” (eng. shunting) dvs
|
||||
tillblandning av blod som ”shuntats” förbi den ventilerade delen av lungan.
|
||||
I kliniska sammanhang kallar man ofta de fysiologiska skillnaderna i gasinnehållet
|
||||
mellan blod från olika alveoler för en ”fysiologisk shunt” dvs att blod till följd av ej optimal
|
||||
ventilations-perfusionsanpassning ”shuntas” förbi de bäst ventilerade delarna av lungan.
|
||||
Tillblandning av blod från bronkialcirkulationen kallas då istället för en ”anatomisk shunt”
|
||||
eftersom den ju har anatomiska orsaker och inte härrör från den fysiologiska
|
||||
blodflödesregleringen i lungorna. Patologiska orsaker till anatomiska ”shuntar” är t.ex.
|
||||
septumdefekter, där blod från höger hjärthalva tillblandas systemkretsloppet.
|
||||
|
||||
Sammanfattningsvis ger alltså skillnaderna i VA/Q mellan lungans olika delar en sänkning av
|
||||
lungans ”effektivitet”.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,477 @@
|
||||
# Respiration gasutbyte medicinare HT 2025.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 28
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
RESPIRATIONSFYSIOLOGI
|
||||
Gasutbyte och gastransport
|
||||
Ingela Hammar
|
||||
Sektionen för fysiologi
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 2
|
||||
|
||||
(No content)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 3
|
||||
|
||||
Laboration Spirometri
|
||||
Inför spirometrilaborationen:
|
||||
-
|
||||
Labhandledning och schema
|
||||
(Canvas: Block 6/Laboration spirometri
|
||||
-
|
||||
Videofilm x2 labgenomgång
|
||||
(Canvas:Spirometri lab film)
|
||||
Laborationen genomförs med flödesspirometer – turbin / flöde
|
||||
- statisk spirometri: volym
|
||||
- dynamisk spirometri: flöde
|
||||
Labgenomgång/demonstation i helklass
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 4
|
||||
|
||||
LABORATION: SCHEMA GRUPPVIS
|
||||
Laborationsschema
|
||||
Vi samlas i sal N Wedel(2409 E) för en
|
||||
kort genomgång enligt schemat och
|
||||
sedan genomför ni laborationen i
|
||||
direkt anslutning till denna. Notera att
|
||||
det här är ett obligatoriskt moment
|
||||
och att ni behöver skriva upp er på
|
||||
närvarolistan.
|
||||
Om ni inte kan närvara vid ordinarie
|
||||
tillfälle kommer det finnas möjlighet
|
||||
att deltaga i ett uppsamlingstillfälle
|
||||
(demonstration) i maj. Till detta
|
||||
ersättningsmoment måste man anmäla
|
||||
sig på Canvas!
|
||||
|
||||
0
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 5
|
||||
|
||||
CO2
|
||||
O2
|
||||
Respiratoriskt
|
||||
membran
|
||||
(300 nm)
|
||||
Lungans anatomi
|
||||
Ledande zon
|
||||
Respiratorisk zon
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 6
|
||||
|
||||
Alveolerna – specialanpassade för gasutbytet
|
||||
Alveol
|
||||
Kapillär
|
||||
Gasutbytet sker i alveolerna över det respiratoriska membranet:
|
||||
|
||||
-O2 från alveolen tas upp i blodet
|
||||
|
||||
- CO2 i blodet tas upp i alveolerna
|
||||
Många alveoler ger en mycket stor yta över vilken gasutbytet kan ske
|
||||
Respiratoriska membranet tunt – kort diffusionsavstånd
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 7
|
||||
|
||||
Partialtryck – vad är det?
|
||||
Partialtrycket för en gas är det deltryck som gasen utövar. Dvs i luften finns 20% syre
|
||||
alltså utgör syrets partialtryck 20% av det totala lufttrycket eller 20 kPa då lufttrycket är
|
||||
100 kPa.
|
||||
Partialtrycket för en gas i en vätska definieras utifrån gasens partialtryck i den
|
||||
gasblandning som vätskan står i jämvikt med. Dvs om vi ställer fram en skål med vatten
|
||||
och låter den stå tills jämvikt har uppnåtts så kommer partialtrycket för syre i vattnet att
|
||||
vara 20 kPa, precis som i luften.
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 8
|
||||
|
||||
Partialtryck av gas i vätska – Henrys lag
|
||||
Jämvikt!
|
||||
C = k x Pgas
|
||||
Koncentration av gas i vätskan
|
||||
(anges som ml gas / 100 ml blod):
|
||||
Partialtryck
|
||||
Löslighetskonstant
|
||||
(varierar med typ av gas och typ av vätska)
|
||||
Gas( syrgas) i gasfas (luft) skall lösas i vätskefas (blod)
|
||||
Gas i lungans alveoler kan bara lösas i blodet till jämvikt
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 9
|
||||
|
||||
Gasutbyte - Diffusion – Ficks lag
|
||||
P1-P2 Partialtrycksskillnad
|
||||
A Area
|
||||
T ”Thickness”
|
||||
D Diffusionskonstant
|
||||
|
||||
(molekylvikt x löslighet)
|
||||
Drivkraft
|
||||
Enligt Ficks lag: ”Bra”: stor area (A) liten väggtjocklek (T)
|
||||
Respiratoriskt membran
|
||||
skillnad i partialtryck
|
||||
Det respiratoriska membranet är specialanpassat för gasutbyte: stor area (många alveoler)
|
||||
och kort diffusionsavstånd ( tunt respiratoriskt membran)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 10
|
||||
|
||||
CO2 transport genom membrankanaler?
|
||||
Indikationer på att CO2 förutom
|
||||
diffusion också kan passera genom
|
||||
specifika kanaler
|
||||
Aquaporiner kandidater för detta
|
||||
Uttrycks i erytrocyter
|
||||
Gäller också transport av O2 över
|
||||
erytrocytmembran?
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 11
|
||||
|
||||
Partialtryck – vad händer i alveolen?
|
||||
1) Inandad luft mättas med vattenånga – förändrar partialtrycken för övriga gaser
|
||||
( i luft 0,5 kPa, i alveolen 6,3 kPa)
|
||||
2) I alveolen sker ett gasutbyte över det respiratoriska membranet till jämvikt
|
||||
3) Ojämn ventilation/perfusion av lungan
|
||||
Partialtrycket i alveolen reflekterar dessa processer ( p=O2 13,3 kPa, CO2 5,3 kPa)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 12
|
||||
|
||||
Gasblandning i en ”medel-alveol”
|
||||
Partialtryck av gas i gasblandning
|
||||
= gasens ”andel” av det totala trycket
|
||||
t.ex. luft vid marknivå 100kPa
|
||||
21 % O2 => pO2 21 kPa
|
||||
Diffusion
|
||||
Havsytan: 100 kPa
|
||||
O2=21%=21 kPa
|
||||
+ vattenånga= 19,7kPa till alveolen
|
||||
Anfuktning + ojämn ventilation i lungan
|
||||
= 13,3kPa i alveolen
|
||||
Alveolmembran + kapillärmembran
|
||||
pCO2 och pO2 i alveolen påverkas
|
||||
av ändrad ventilation!
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 13
|
||||
|
||||
Gasutbyte & jämvikter i lungor & perifer vävnad
|
||||
Diffusion till jämvikt
|
||||
både i lungan och i
|
||||
perifer vävnad
|
||||
Jämvikter upprättas mellan
|
||||
blodet och de vävnader
|
||||
det passerar igenom
|
||||
Viktigt:
|
||||
Blodet töms ej på O2 i perifer vävnad
|
||||
Blodet töms ej på CO2 i lungvävnaden
|
||||
Lungan:
|
||||
CO2 från kapillär till alveol
|
||||
Lungan:
|
||||
O2 från alveol till kapillär
|
||||
Vävnad:
|
||||
CO2 från vävnad till kapillär
|
||||
Vävnad:
|
||||
O2 från kapillär till vävnad
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 14
|
||||
|
||||
Transport av syrgas
|
||||
Diffusion + bindning till Hb tar ungefär 0.2 sek
|
||||
O2 koncentration = fysikaliskt löst + bundet till Hb
|
||||
Mängden fysikaliskt löst syrgas räcker inte för att tillgodose syrgasbehovet.
|
||||
Transportsystem behövs för att förse vävnaderna med syrgas Hemoglobin
|
||||
Syrgas transporteras i blodet på två olika sätt:
|
||||
1) Bundet till hemoglobin i röda blodkroppar (HbO2)
|
||||
2) Fysikaliskt löst i blodet (pO2)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 15
|
||||
|
||||
Syresättning av blod i lungkapillär
|
||||
Vi syresätter blodet (O2 binder till
|
||||
hemoglobinet) mycket effektivt
|
||||
|
||||
I en frisk lunga i vila tar det 0,25 s
|
||||
till dess allt hemoglobin är mättat,
|
||||
dvs en tredjedel av den tid blodet
|
||||
passerar över alveolen.
|
||||
Ger god marginal fullgott
|
||||
syreupptag vid ökat blodflöde
|
||||
såsom uppkommer vid arbete
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 16
|
||||
|
||||
Saturation (mättnad)
|
||||
Saturation Sa O2
|
||||
Mängd syrgas i blod bestäms av: Saturation och mängd hemoglobin
|
||||
O2 koncentration = fysikaliskt löst + bundet till Hb
|
||||
Hemoglobinmolekyl
|
||||
Saturation : hur stor andel av Hb:s inbindningsställen för O2 som är upptagna
|
||||
100% mättnad = alla fyra inbindningsställen bundit in O2
|
||||
Anemi/blodbrist: för få bärare men 100% saturation
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 17
|
||||
|
||||
Faktorer som påverkar syrgasinnehållet i artärblod
|
||||
15g Hb/100ml blod x 1,34 ml O2/gHb
|
||||
=
|
||||
20,0ml O2 / 100ml blod
|
||||
0,3ml O2 / 100ml blod
|
||||
----------
|
||||
20,3ml O2 / 100ml blod
|
||||
Bundet till Hb:
|
||||
Fysikaliskt löst:
|
||||
∑
|
||||
Hb koncentration
|
||||
115-147 g/l
|
||||
131-163 g/l
|
||||
Saturation
|
||||
≈ 98%
|
||||
Könsskillnader finns
|
||||
hos många däggdjur.
|
||||
Ej associerat med nivå
|
||||
av erytropoietin
|
||||
Skillnad kvarstår post-
|
||||
menopausalt
|
||||
Hb:
|
||||
Mängd hemoglobin (kapillärprov, venprov)
|
||||
pO2:
|
||||
Partialtryck/ diffusionsfunktion (artärprov , A. radialis)
|
||||
SaO2:
|
||||
Hemoglobinets mättnad (pulsoximeter )
|
||||
Klinik: viktigt mäta rätt parameter!
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 18
|
||||
|
||||
Mätning av syrgassaturation
|
||||
Pulsoximeter: spektrofotometri
|
||||
Mäter bara pulserande blod
|
||||
Mäter absorbans (oxiderat respektive
|
||||
reducerat Hb har olika absorbans
|
||||
När kan O2 koncentration eller saturation vara påverkade?
|
||||
|
||||
O2 koncentration:
|
||||
-Anemi (”blodbrist”; brist på röda blodkroppar/hemoglobin)
|
||||
(brist på järn/folsyra, blödning i tarmkanalen)
|
||||
Saturation:
|
||||
-Lungrelaterat ex diffusionsstörning eller astma
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 19
|
||||
|
||||
Transport av koldioxid
|
||||
•Bikarbonat
|
||||
(bildas i RBK via
|
||||
karbanhydras/
|
||||
kloridshift;
|
||||
största andelen)
|
||||
•Bundet till Hb
|
||||
•Fysikaliskt löst i
|
||||
blod
|
||||
Metabolt
|
||||
aktiv vävnad
|
||||
CO2 produktion
|
||||
Koldioxid bildas i kroppens celler vid metabolism
|
||||
Koldioxid transporteras från vävnaden med blodet till alveolerna
|
||||
Koldioxid lämnar kroppen vid utandning eller via urinutsöndring
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 20
|
||||
|
||||
Gasutbyte i perifer vävnad
|
||||
Fysikaliskt lösta gaser i blodet (O2, CO2) kan ses som jämvikter mellan
|
||||
transportsystem – blod – vävnad
|
||||
-CO2 går från vävnad till plasma längs sin koncentrations (partialtrycks) –gradient.
|
||||
- O2 går längs sin koncentrationsgradient ut till vävnaden.
|
||||
|
||||
Jämvikt, fysikaliskt löst gas //vävnad, fysikaliskt löst gas // transportsystemen
|
||||
Arbete: öppning av fler kapillärer (diffusionsavståndet minskar / diffusionsytan ökar)
|
||||
|
||||
vävnadens pO2 är lägre (större syrgasextraktion)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 21
|
||||
|
||||
Bohr-effekten
|
||||
Högerförskjutning
|
||||
Hb vid samma PO2
|
||||
lägre affinitet,
|
||||
släpper lättare
|
||||
Hemoglobinets syreaffinitet beror på miljön – dess egenskaper anpassas efter omgivningen
|
||||
Hb avger mer O2 (minskad affinitet) i miljöer med:
|
||||
|
||||
-lägre pH ( laktat)
|
||||
|
||||
-högre temperatur
|
||||
|
||||
-högre CO2 koncentration
|
||||
som t.ex. i en arbetande muskel
|
||||
Syrgasavgivning till perifer vävnad sker i den branta fasen av dissociationskurvan
|
||||
En liten sänkning av partialtrycket leder till att stora mängder syrgas dissocierar från Hb
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 22
|
||||
|
||||
Haldane-effekt
|
||||
Mängden löst CO2 i blodet beror på hemoglobinets mättnad
|
||||
m a p syrgas
|
||||
Ju mindre HbO2 ju mer löst CO2 dvs att ju mer hemoglobin
|
||||
avlastar syrgas till perifer vävnad, ju mer CO2 kan transporteras
|
||||
”…..när Hb avlastar syre till perifer vävnad, så underlättas upptaget av koldioxid från
|
||||
samma vävnad till blodbanan….”
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 23
|
||||
|
||||
Transporten av CO2 i blod är kopplad till blodets pH
|
||||
CO2
|
||||
CO2
|
||||
CO2
|
||||
CO2
|
||||
Acidos (pH-sänkning)
|
||||
Alkalos (pH-höjning)
|
||||
Reglering av pH: respiration och njurar
|
||||
Viktigt vid narkos/respirator
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 24
|
||||
|
||||
Lung – och systemkretslopp
|
||||
Lungkretsloppet (lilla kretsloppet) är ett lågtryckskretslopp
|
||||
Lungan: ett enda organ
|
||||
Ligger på samma höjd som hjärtat
|
||||
Ej perfundera ovanför lungspetshöjd
|
||||
Ej distribuera blod
|
||||
Saknar prekapillära resistenskärl
|
||||
Kapillärerna runt alveolerna mycket tunt membran
|
||||
Omges eg. enbart av gas – tryck utanför kapillär
|
||||
det samma som alveoltryck
|
||||
Om högre än kapillärtryck: kollaps
|
||||
Extraalveolära kärl: artärer och vener i lungparenkym
|
||||
Påverkas av lungvolym (elastiska fibrer i parenkymet)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 25
|
||||
|
||||
Cirkulation i vila – gravitationseffekter
|
||||
Högre hydrostatiskt tryck
|
||||
i basala delar av lungan
|
||||
=> Kapillärer vidgas
|
||||
=> Högre blodflöde
|
||||
Lägre hydrostatiskt tryck
|
||||
i apikala delar av lungan
|
||||
=> Kapillärer smalnar av
|
||||
⇒Lägre blodflöde
|
||||
Passiva mekanismer!
|
||||
Hos en stående person är ventilation/volym störst basalt, och minskar apikalt
|
||||
Lågt perfusionstryck: Sämre perfusion av lungans apikala delar, speciellt i vila
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 26
|
||||
|
||||
Lokal reglering - Hypoxisk pulmonell vasokonstriktion
|
||||
Försämrad ventilation
|
||||
av alveol leder till
|
||||
vasokonstriktion
|
||||
Aktiva mekanismer!
|
||||
Blodflödet shuntas undan från dåligt ventilerade alveoler.
|
||||
Blodflödet riktas till väl ventilerade alveoler.
|
||||
Minskat alveolärt pO2 leder till kontraktion
|
||||
av glatt muskulatur i blodkärl
|
||||
Oklar mekanism (NO? TXA2?) men sannolikt
|
||||
lokalt initierad kärlreaktion
|
||||
-Bronkialkonstriktion
|
||||
-Hög höjd – generell kärlkonstriktion lungan
|
||||
-Perinatalfysiologi ( lågt blodföde i lungan
|
||||
före födsel, högt motstånd i
|
||||
lungkretsloppet)
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 27
|
||||
|
||||
Att läsa mer själva
|
||||
Läs i kompendiet:
|
||||
- Bohreffekt
|
||||
- Haldaneeffekt
|
||||
- Blodflöde-tryckförhållande
|
||||
- Ventilation/perfusionsanpassning
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 28
|
||||
|
||||
(No content)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,71 @@
|
||||
# Seminarium respiration medicinare T2.pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 1
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
Seminarium - respiration
|
||||
|
||||
1)
|
||||
Lungans diffusionskapacitet försämras vid flera sjukdomar ssom emfysem (alveolerna smälter
|
||||
samman s att diffusionsytan minskar) liksom fibros (bindväven förtjockas s att
|
||||
diffusionsavstndet ökar). Kan ni (med utgngpunkt frn Ficks lag) tänka er ngon
|
||||
behandlingsmetod som skulle kunna förbättra syrgasdiffusionen vid sdana tillstnd?
|
||||
|
||||
2)
|
||||
Begreppen partialtryck, koncentration och saturation:
|
||||
a) Vad är syrgassaturationen (Sa-O2 ), pO2 , samt koncentrationen av syrgas (i ml syrgas per
|
||||
100 ml blod) i artärblod normalt?
|
||||
b) Vad är motsvarande värden vid en grav anemi med halverad Hb-koncentration?
|
||||
c) P 4600m höjd (t.ex i Anderna) s är arteriellt PO2 endast 6 kPa. Vad blir Sa-O2 under sdana
|
||||
förhllanden? Människor bosatta p denna höjd har faktiskt nära nog normal koncentration av
|
||||
syrgas i artärblod trots den lga PO2 - nivn. Hur är detta möjligt?
|
||||
d) Hur kan hudens färg förändras under situationerna i delfrga b) respektive c).
|
||||
|
||||
3)
|
||||
Om man reducerar lungornas alveolyta (vilket sker vid emfysem):
|
||||
a) Hur pverkas den totala kärlytan?
|
||||
b) Hur pverkas resistansen i lungkretsloppet?
|
||||
c) Hur pverkas höger kammares arbete?
|
||||
d) Hur tror ni högerhjärtats utseende förändras t.ex. p en röntgenbild?
|
||||
|
||||
4)
|
||||
Om man plötsligt skulle f ett ökat luftvägsmotstnd (t.ex en astmaattack med kontraktion av
|
||||
den glatta muskulaturen kring bronchioli):
|
||||
a) Hur pverkas luftflödet under ett andetag?
|
||||
b) Hur förändras den tid det skulle ta för att göra ett andetag med oförändrad luftvolym?
|
||||
c) Varför kan man inte förbättra luftflödet under utandning om man försöker överbrygga
|
||||
luftvägsmotstndet med en kraftig viljemässig kontraktion av andningsmusklerna?
|
||||
d) Hur bör man andas för att försöka upprätthlla syrgaskoncentrationen i alveolerna?
|
||||
e) Hur förändras FRC under en astmaattack?
|
||||
|
||||
5)
|
||||
Hur regleras andningen i vila, på hög höjd, respektive under arbete?
|
||||
|
||||
6)
|
||||
En blodpropp i benens djupa vener kan ge upphov till s.k. lungembolisering, som innebär att
|
||||
bitar (embolier) av proppen lossnar, följer med till högerhjärtat, ut i lungartären, för att fastna i
|
||||
lungkretsloppet. Många små embolier kan ge ett utdraget förlopp där fler och fler mindre kärl
|
||||
proppas igen successivt.
|
||||
a) I lungcirkulationen ”fastnar” embolierna före kapillärerna, så att kapillärcirkulationen
|
||||
successivt stängs av. Hur kan detta leda till ökat blodtryck i lungkretsloppet och till lungödem?
|
||||
b) Hur tror ni blodgaserna dvs arteriellt PCO2 och PO2 pverkas?
|
||||
c) Vilka förändringar i regional ventilation och perfusion samt av ventilations-
|
||||
perfusionskvoten, kan man förvänta sig i de områden av lungan som drabbas av
|
||||
emboliseringen?
|
||||
|
||||
7)
|
||||
Varför är hemoglobinets syrgassaturation i artärblod inte 100% - inte ens om man skulle andas
|
||||
in ren (100%) syrgas?
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
@@ -0,0 +1,314 @@
|
||||
# The Journal of Physiology - 2024 - Macefield - Death by hypoxia what were they thinking (1).pdf
|
||||
|
||||
**OCR Transcript**
|
||||
|
||||
- Pages: 2
|
||||
- OCR Engine: pymupdf
|
||||
- Quality Score: 1.00
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 1
|
||||
|
||||
J Physiol 0.0 (2024) pp 1–2
|
||||
1
|
||||
The Journal of Physiology
|
||||
OPINION
|
||||
Death by hypoxia: what were
|
||||
they thinking?
|
||||
Vaughan G. Macefield
|
||||
Department
|
||||
of
|
||||
Neuroscience,
|
||||
Central
|
||||
Clinical
|
||||
School,
|
||||
Monash
|
||||
University,
|
||||
Melbourne, Victoria, Australia
|
||||
Email: vaughan.macefield@monash.edu
|
||||
Handling Editor: Kim Barrett
|
||||
The peer review history is available in
|
||||
the
|
||||
Supporting
|
||||
Information
|
||||
section
|
||||
of
|
||||
this
|
||||
article
|
||||
(https://doi.org/10.1113/
|
||||
JP286347#support-information-section).
|
||||
Alabama
|
||||
recently
|
||||
had
|
||||
the
|
||||
dubious
|
||||
distinction of being the first state in
|
||||
the USA to put someone to death by
|
||||
inhalation of pure nitrogen through a
|
||||
face mask. Claiming the judicial killing
|
||||
of Kenneth Smith on January 25 was a
|
||||
‘textbook’ execution is galling, considering
|
||||
what physiologists know about the effects of
|
||||
hypoxia on the body. Having been on death
|
||||
row for 33 years, Kenneth Smith was sub-
|
||||
jected to several attempts in November 2022
|
||||
to kill him by lethal injection. Officials at
|
||||
Holman Correctional Facility in Atmore,
|
||||
Alabama, had tried for 1 h to insert a
|
||||
cannula into one his veins without success,
|
||||
even trying to insert a central line, but
|
||||
abandoned it <1 h before the death warrant
|
||||
was to expire at midnight. He was back
|
||||
on death row for another 2 years before
|
||||
someone had the idea of killing him with
|
||||
hypoxia. ‘Alabama has done it, and now so
|
||||
can you’, Mr Marshall, the State’s Attorney
|
||||
General, said after the execution, with
|
||||
other states willing to take on this method
|
||||
of capital punishment (New York Times,
|
||||
2024).
|
||||
Notwithstanding my complete opposition
|
||||
to the death penalty, what were they
|
||||
thinking
|
||||
when
|
||||
considering
|
||||
death
|
||||
by
|
||||
hypoxia? Our bodies are equipped with
|
||||
specialized chemoreceptors (the carotid
|
||||
bodies, located at the bifurcation of the
|
||||
carotid arteries, and the aortic bodies,
|
||||
located in the aortic arch) that respond to
|
||||
reductions in blood oxygen. These chemo-
|
||||
receptors are also sensitive to increases
|
||||
in CO2 and reductions in pH, as are the
|
||||
central chemoreceptors located on the
|
||||
ventral surface of the brainstem, but it is
|
||||
only the peripheral chemoreceptors that
|
||||
are able to respond to hypoxia and evoke
|
||||
the physiologically purposeful responses
|
||||
that aim to normalize blood O2, increasing
|
||||
ventilation
|
||||
and
|
||||
constricting
|
||||
peripheral
|
||||
resistance vessels to ensure delivery of
|
||||
oxygenated blood to the vital organs,
|
||||
the heart and brain. Air hunger is the
|
||||
term often used to describe the dyspnoea
|
||||
associated with an inability to satisfy the
|
||||
drive to breathe (Banzett et al., 2021), and
|
||||
the increased work of breathing is observed
|
||||
as an increase in respiratory rate and depth,
|
||||
inward motion of the lower thorax, down-
|
||||
ward motion of the trachea, nasal flaring
|
||||
and activation of the accessory muscles
|
||||
of
|
||||
inspiration (the sternocleidomastoid
|
||||
and trapezius muscles); these clinical signs
|
||||
can be seen in acute respiratory distress
|
||||
syndrome, chronic obstructive pulmonary
|
||||
disease and asthma attacks (Santus et al.,
|
||||
2023). These signs can also be seen with
|
||||
increased chemical drive to breathe brought
|
||||
about by hypercapnia and/or hypoxia. It
|
||||
is known that an increase in arterial CO2
|
||||
is a stronger stimulus to breathe than a
|
||||
reduction in inspired O2; marked dyspnoea
|
||||
is experienced with increases in arterial
|
||||
PCO2 of only 10 mmHg, whereas reductions
|
||||
in arterial PCO2 need to be much greater
|
||||
(40–50 mmHg; the normal partial pressure
|
||||
of O2 is 160 mmHg) in the presence of
|
||||
normal CO2 levels (Moosavi et al., 2003).
|
||||
Nevertheless, the perception of air hunger is
|
||||
similar to that experienced with normoxic
|
||||
hypercapnia, suggesting that it is the central
|
||||
drive to breathe that leads to the dyspnoea
|
||||
(Moosavi et al., 2003). Indeed, people who
|
||||
had been pharmacologically paralysed and
|
||||
artificially ventilated reported increasing air
|
||||
hunger as inspired CO2 was progressively
|
||||
increased (the same experiment was not
|
||||
done for hypoxia), indicating that the
|
||||
increase in ventilatory movements was not
|
||||
responsible for the air hunger (Gandevia
|
||||
et al., 1993). Expansion of the thorax can
|
||||
alleviate the air hunger to some extent;
|
||||
rebreathing an asphyxic gas mixture at the
|
||||
breaking point of an end-expiratory apnoea
|
||||
relieves the urge to breathe (Fowler, 1954),
|
||||
and even taking a single breath of pure N2
|
||||
allows one to continue the apnoea for an
|
||||
extra 10 s or so (Seitz et al., 2013). But there
|
||||
is no doubt that breathing pure N2 evokes
|
||||
air hunger, and this is evidenced by the
|
||||
increased work of breathing.
|
||||
The signs of respiratory distress were
|
||||
recounted by witnesses to the death of
|
||||
Kenneth Smith, which by all accounts was
|
||||
a very slow execution (Hedgepeth, 2024).
|
||||
Strapped tightly to a gurney at the wrists,
|
||||
with his arms stretched out, and with a
|
||||
gas mask fixed to his face, at 7.57 pm, as
|
||||
the N2 was administered through the mask,
|
||||
‘he began thrashing against the straps, his
|
||||
whole body and head violently jerking back
|
||||
and forth for several minutes [and] for
|
||||
around a minute, [he] began heaving and
|
||||
retching inside the mask.’ By ∼8:00 pm,
|
||||
‘Smith’s struggle against the restraints had
|
||||
lessened, though he continued to gasp for
|
||||
air. Each time he did so, his body lifted
|
||||
against the restraints. Smith’s efforts to
|
||||
breathe continued for several minutes as his
|
||||
spiritual advisor Jeff Hood prayed nearby,
|
||||
tears streaming down his face. Around 8:07
|
||||
pm, Smith made his last visible effort to
|
||||
breathe’ (Hedgepeth, 2024).
|
||||
Why choose nitrogen as a means of
|
||||
killing, particularly given that it had never
|
||||
been a documented method of capital
|
||||
punishment? A comparison of euthanasia
|
||||
of dogs through inhalation of pure N2 with
|
||||
i.v. injection of pentobarbitone showed that
|
||||
loss of EEG activity occurred on average
|
||||
after 36 s (range 33–42 s, n = 4) following
|
||||
pentobarbitone injection, but after 959 s
|
||||
(285–2700 s; n = 9) following inhalation of
|
||||
pure N2 in a sealed chamber; ECG activity
|
||||
was lost after 250 s (180–300 s) and 1435 s
|
||||
(660–3900 s) (Quine et al., 1988). Hence,
|
||||
even in this veterinary setting, in which
|
||||
animals were presedated, signs of brain
|
||||
death took 16 min with N2 inhalation, with
|
||||
cardiac death occurring after 24 min. In
|
||||
a second study, these authors proceeded
|
||||
to induce euthanasia with N2 inhalation
|
||||
in a larger group of cats (n = 63) and
|
||||
dogs (n = 5) without presedation and
|
||||
without EEG or ECG monitoring. The
|
||||
majority collapsed within 60 s (range
|
||||
13–60 s) of the O2 concentration falling
|
||||
to 10%, with respiratory arrest (associated
|
||||
with dilatation and fixation of the pupils)
|
||||
occurring within 120 s after collapse (Quine
|
||||
et al., 1988). Convulsions followed the
|
||||
collapse, with opisthotonos (arching of the
|
||||
back, extension of the forelimbs and flexion
|
||||
of the hindlimbs) occurring subsequently,
|
||||
occasionally accompanied by vocalizations;
|
||||
opisthotonus occurs towards the end of
|
||||
hypoxia-induced
|
||||
apnoea,
|
||||
immediately
|
||||
preceding hypoxic gasping (Davis et al.,
|
||||
1986).
|
||||
Thus, this execution, the first in which
|
||||
nitrogen inhalation was used, was not
|
||||
© 2024 The Authors. The Journal of Physiology © 2024 The Physiological Society.
|
||||
DOI: 10.1113/JP286347
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Page 2
|
||||
|
||||
2
|
||||
Opinion
|
||||
J Physiol 0.0
|
||||
humane at all. Respiratory signs of life
|
||||
disappeared after 10 min, and time of
|
||||
death was reported as 8:23 pm. Although
|
||||
consciousness would have been lost well
|
||||
before hypoxic gasping occurred (a small
|
||||
experimental study in humans instructed
|
||||
to hyperventilate with pure N2 revealed
|
||||
‘clouding of consciousness’ and impaired
|
||||
vision after 15 s; Ernsting, 1963), there is no
|
||||
doubt that the extreme hypoxia would have
|
||||
induced air hunger and stress, particularly
|
||||
if there was a leak in the mask that allowed
|
||||
atmospheric O2 to enter.
|
||||
Physiologists abide by rules to ensure
|
||||
that euthanasia of experimental animals is
|
||||
performed humanely; one would hope that
|
||||
the same treatment is extended to humans.
|
||||
I plead with physiologists in states of the
|
||||
USA that uphold the death penalty to speak
|
||||
to their legislators and insist that death by
|
||||
hypoxia is never used again.
|
||||
References
|
||||
Banzett, R. B., Lansing, R. W., & Binks, A. P.
|
||||
(2021). Air hunger: A primal sensation and a
|
||||
primary element of dyspnea. Comprehensive
|
||||
Physiology, 11(2), 1449–1483.
|
||||
Davis, P. J., Macefield, G., & Nail, B. S. (1986)
|
||||
Respiratory muscle activity during asphyxic
|
||||
apnoea and opisthotonus in the rabbit.
|
||||
Respiratory Physiology, 65(3), 285–294.
|
||||
Ernsting, J. (1963). The effect of brief profound
|
||||
hypoxia upon the arterial and venous oxygen
|
||||
tensions in man. The Journal of Physiology,
|
||||
169(2), 292–311.
|
||||
Fowler, W. S. (1954). Breaking point of
|
||||
breath-holding. The Journal of Applied
|
||||
Physiology, 6(9), 539–545.
|
||||
Gandevia, S. C., Killian, K., McKenzie, D. K.,
|
||||
Crawford, M., Allen, G. M., Gorman, R. B.,
|
||||
& Hales, J. P. (1993). Respiratory sensations,
|
||||
cardiovascular control, kinaesthesia and
|
||||
transcranial stimulation during paralysis
|
||||
in humans. The Journal of Physiology, 470,
|
||||
85–107.
|
||||
Hedgepeth, L. (2024). https://www.treadbylee.
|
||||
com/p/never-alone-the-suffocation-of-
|
||||
kenneth
|
||||
Moosavi, S. H., Golestanian, E., Binks, A. P.,
|
||||
Lansing, R. W., Brown, R., & Banzett, R.
|
||||
B. (2003). Hypoxic and hypercapnic drives
|
||||
to breathe generate equivalent levels of air
|
||||
hunger in humans. Journal of Applied Physio-
|
||||
logy, 94(1), 141–154.
|
||||
New York Times. (2024). https://www.nytimes.
|
||||
com/2024/01/26/us/alabama-execution-
|
||||
kenneth-smith-nitrogen.html
|
||||
Quine, J. P., Buckingham, W., & Strunin, L.
|
||||
(1988). Euthanasia of small animals with
|
||||
nitrogen; comparison with intravenous
|
||||
pentobarbital. Canadian Veterinary Journal,
|
||||
29(9), 724–726.
|
||||
Santus, P., Radovanovic, D., Saad, M., Zilianti,
|
||||
C., Coppola, S., Chiumello, D. A., &
|
||||
Pecchiari, M. (2023). Acute dyspnea in the
|
||||
emergency department: A clinical review.
|
||||
Internal and Emergency Medicine, 18(5),
|
||||
1491–1507.
|
||||
Seitz, M. J., Brown, R., & Macefield, V. G.
|
||||
(2013). Inhibition of augmented muscle vaso-
|
||||
constrictor drive following asphyxic apnoea
|
||||
in awake human subjects is not affected by
|
||||
relief of chemical drive. Experimental Physio-
|
||||
logy, 98(2), 405–414.
|
||||
Additional information
|
||||
Competing interests
|
||||
No competing interests declared.
|
||||
Author contributions
|
||||
Sole author.
|
||||
Funding
|
||||
None.
|
||||
Keywords
|
||||
dyspnoea, ethics, euthanasia, hypoxia
|
||||
Supporting information
|
||||
Additional supporting information can be found
|
||||
online in the Supporting Information section
|
||||
at the end of the HTML view of the article.
|
||||
Supporting information files available:
|
||||
Peer Review History
|
||||
© 2024 The Authors. The Journal of Physiology © 2024 The Physiological Society.
|
||||
14697793, 0, Downloaded from https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1113/JP286347 by Goteborgs, Wiley Online Library on [05/03/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License
|
||||
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
Binary file not shown.
Reference in New Issue
Block a user