Åndedræt, regulering af

Definition

reguleringen af vejrtrækning er resultatet af en kompleks interaktion, der involverer et system af sensorer, et respiratorisk kontrolcenter og et effektorsystem til at udføre sine kommandoer til muskler og organer involveret i vejrtrækning.

beskrivelse

i kroppen får cellerne deres energi ved at kombinere ilt med forskellige næringsstoffer, der producerer kulsyre som affaldsprodukt. Således har de brug for en konstant tilførsel af ilt og har også brug for at fjerne kulsyre. Dette opnås ved vejrtrækning, også kendt som åndedræt eller ventilation, udtryk, der bruges af fysiologer til at betyde indånding og udånding af luft.

åndedræt initieres spontant i centralnervesystemet og udføres af kroppens åndedrætssystem. Det overordnede formål med dette system er at give kroppen mulighed for at indånde den iltholdige luft og at udånde det skadelige kulsyre, der produceres af de metaboliske reaktioner.

luft indeholder 21% ilt som komponentgas. Luft indåndes i kroppen gennem mund og næse. Derefter bevæger den sig forbi halsen og stemmeboksen (strubehovedet) gennem luftrøret (luftrøret), der opdeles i to hovedluftpassager, der fører til højre og venstre lunger . De to passager opdeles igen i lungerne i mindre grene (bronchi), der adskilles i endnu mindre (bronchioler eller alveolære kanaler) ligesom et trægrene ud. Disse luftpassager indeholder små luftsække i deres ender kaldet alveoler. Der er cirka 150 millioner alveoler i de menneskelige lunger. De har meget tynde vægge, der frigiver iltet i blodet og modtager i Bytte dets kulsyre , som derefter udåndes ud af lungerne gennem den samme sti, der fører tilbage til næse og mund.

åndedræt er en automatisk proces udløst i et komplekst område af hjernen kaldet hjernestammen, en del af hjernen, der forbinder rygmarven og dens nerver. Hjernestammen indeholder det ufrivillige respiratoriske kontrolcenter. Dette betyder, at vejrtrækning mere er en refleksaktivitet end en aktivitet baseret på vilje, hvilket betyder, at det sker uden at vi behøver at tænke over det eller beslutte, at det skal ske. Åndedræt er faktisk en så stærk refleks, at det er meget svært at forsætligt stoppe med at trække vejret i længere tid.

funktion

hjernestammen respiratorisk kontrolcenter regulerer vejrtrækning ved hjælp af nerver, muskler og specielle sensorer kaldet kemoreceptorer. Kemoreceptorer er specialiserede celler, der kan detektere kemiske stoffer i kroppen og videregive disse oplysninger til nerver, der er en del af centralnervesystemet til relæ til respiratorisk kontrolcenter. På denne måde overvåges og justeres vejrtrækningen konstant for at opretholde passende pH og partielt tryk på ilt i det arterielle blod, det vil sige blodet, der kommer fra hjertet, og som indeholder de højeste niveauer af ilt til distribution i kroppen. Reguleringen af vejrtrækning er en homeostatisk kontrolmekanisme, hvilket betyder, at den søger at opretholde stabiliteten i kroppens indre miljø via negative feedbackmekanismer. For eksempel udløser høje niveauer af kulsyre i kroppen automatisk hurtigere og dybere vejrtrækning, hvilket igen reducerer niveauet af kulsyre ved at øge indtaget af ilt.

respiratorisk kontrolcenter er det centrale kontrolområde for vejrtrækning. Den modtager information fra andre dele af kroppen og producerer et automatisk koordineret svar. Svaret er en reaktion, der udløser de forskellige organer og muskler, der er involveret i vejrtrækning og placeret i forskellige dele af kroppen til at handle sammen. Det er placeret i den nedre del af hjernestammen, kaldet medulla oblongata, en scoopformet struktur forbundet med rygmarven. Medulla indeholder specielle vejrtrækningsnerveceller (neuroner). En type er de inspirerende neuroner, som er aktive under indånding og inaktive under udånding. Den anden type er de ekspiratoriske neuroner, som er aktive under udånding og inaktive under indånding. Disse to grupper af neuroner genererer en automatisk cyklus med indånding og udånding. Denne automatiske cyklus kan ændres eller endda midlertidigt stoppes afhængigt af de oplysninger, der modtages af respiratorisk kontrolcenter fra forskellige oprindelser, såsom reflekser fra lungerne og luftvejene, information fra kemoreceptorerne og kommandoer fra andre områder af hjernen.

de største centre, der leverer de oplysninger, der kræves af respiratorisk kontrolcenter for at regulere vejrtrækning, er følgende:

• centrale kemoreceptorer. De centrale kemoreceptorer er placeret i bunden af den fjerde ventrikel (region af hjernestammen), og de reagerer på surheden—eller pH—i cerebrospinalvæsken (CSF), væsken, der bader hjernen og rygmarven. Surheden af enhver væske måles ved pH; denne værdi er relateret til antallet af hydrogenioner, der er til stede i væsken. Den normale pH i kroppen er 7,4; værdier højere end dette repræsenterer alkaliske forhold i kroppen, hvilket betyder en lavere mængde hydrogenioner, og værdier af pH mindre end7, 4 repræsenterer sure forhold, hvilket betyder en højere mængde hydrogenioner. Således, når surhedsgraden af CSF ændres, har meddelelserne, der sendes af de centrale kemoreceptorer til respiratorisk kontrolcenter, en effekt på vejrtrækningen.
• perifere arterielle kemoreceptorer. Der er to typer perifere kemoreceptorer: carotidlegemerne og aortakropperne. De er små stykker væv, der indeholder kemoreceptorer, der reagerer på mængderne af ilt og kulsyre i arterielt blod. Carotislegemerne er placeret, hvor den fælles carotisarterie opdeles i de to carotisarterier på begge sider af nakken. Aortakropperne er placeret på aorta, kroppens største blodkar, der starter fra hjertet. Oplysningerne fra carotidlegemerne bæres langs den niende kraniale nerv, og informationen fra aortakroppen føres langs den tiende kraniale nerv til det respiratoriske kontrolcenter. Oplysningerne fra carotidlegemerne antages at påvirke den øjeblikkelige regulering af vejrtrækning, åndedræt ved åndedræt, af respiratorisk kontrolcenter.
• hjerne. Åndedræt kan også være frivilligt, der påvirkes af andre dele af hjernen, især hjernebarken, den del af hjernen, hvor tankeprocesser bor og er ansvarlige for forsætlig handling. Vi kan alle bevidst trække vejret dybere og hurtigere (hyperventilation), som for eksempel, før vi starter tung træning . Stærke følelser kan også resultere i hyperventilation.
• lunge. Der er forskellige receptorer placeret i lungen, der også kan påvirke vejrtrækningen. For eksempel reagerer en type receptor i bronchierne på irriterende inhalerede stoffer og forårsager hoste, åndedræt og nysen. Andre receptorer placeret i det fleksible væv i lungen og brystvæggen er følsomme over for strækning. Den nøjagtige rolle, som disse receptorer spiller i reguleringen af vejrtrækning, forstås ikke fuldt ud, men de menes at være ansvarlige for forskellige reflekser, der er blevet opdaget i laboratorieundersøgelser udført på dyr. Dette er strækreflekser, der opstår, når lungen og brystvæggen udspiles for at forhindre yderligere indånding. Også, når luftmængden er lav i lungerne, så er der modsatte reflekser.

efter at have modtaget information har respiratorisk kontrolcenter brug for en vej til at sende sine lovgivningsmæssige meddelelser. Dette gøres af specielle nerver, kaldet efferente nerver. De forlader respiratorisk kontrolcenter og passerer rygmarven ned til membranen og til musklerne mellem ribbenene (intercostale muskler) og til andre muskler placeret i nakken og plejede at trække vejret. Membranen er en tynd, arklignende muskel placeret i bunden af brysthulen under lungerne og hjertet, og det er den vigtigste muskel, der er involveret i vejrtrækning. Når en person inhalerer, trækker membranen sig sammen og bevæger sig nedad og strækker således hulrummet, der indeholder lungerne (brystkassen eller brysthulen), mens de interkostale muskler trækker sig sammen og udvider brysthulen, hvilket resulterer i, at luft fylder lungerne gennem sugning. Når en person udånder, slapper membranen og interkostale muskler af, hvilket reducerer brysthulenes størrelse og tvinger luft ud af lungerne. Under normal vejrtrækning er indånding en aktiv muskelproces. Udånding er passiv og er afhængig af vævets naturlige elasticitet for at tømme lungen.

rolle i menneskers sundhed

åndedræt er en væsentlig aktivitet i kroppen, der kræves for at opretholde livet. Hvis det stoppes, følger døden hurtigt. Således er reguleringen af vejrtrækning også vigtig, hvilket betyder, at enhver forstyrrelse af denne funktion vil påvirke kroppens åndedrætsevne med konsekvenser afhængigt af omfanget af svækkelsen.

almindelige sygdomme og lidelser

Hvis hastigheden af iltindtagelse og eliminering af kulstof ikke matches ved levering af den første og fjernelse af den anden, opstår der en ubalance, der kan resultere i respiratoriske abnormiteter forbundet med alvorlige sygdomme såsom lungebetændelse (betændelse i lungerne), emfysem (overdreven og unormal ophobning af luft i lungerne som følge af en reduktion af området med lungemembraner), hjertesvigt, anæmi (mangel på røde blodlegemer i blodet, hvilket resulterer i utilstrækkelig ilt) og astma (indsnævring af bronkierne). Følgende betingelser er resultatet af sådanne ubalancer:

• hypoksi. Også kendt som iltmangel. Det betyder “uden ilt” og bruges til at beskrive en tilstand af utilstrækkelig ilt, der leveres til kroppens celler.

nøgleudtryk

surhed —henviser til en forbindelse, der er sur eller sur. Når de opløses i vand, giver syrer hydrogenioner.

hjernestamme-laveste del af hjernen, der forbinder med rygmarven. Det er et kompliceret neuralt center med flere neuronale veje mellem cerebrum, rygmarv, cerebellum og motoriske og sensoriske funktioner i hoved og nakke. Den består af medulla oblongata, den del, der er ansvarlig for hjerte-og åndedrætskontrol, mellemhjernen, som er involveret i grundlæggende, ufrivillige kropsfunktioner, og pons, hvor nogle kraniale nerver stammer fra.

Bronchi-luftpassager i lungerne.

centralnervesystemet (CNS) —hos mennesker består CNS af hjernen, kraniale nerver og rygmarv.

cerebrospinalvæske (CSF) —en klar væske, der indeholder små mængder sukker (glucose) og protein. CSF fylder hjernen og den centrale kanal i rygmarven, og dens normale pH er 7,4. Enhver ændring fra denne værdi detekteres af kemoreceptorer.

kemoreceptorer —specialiserede celler, der kan detektere kemiske stoffer i kroppen og videresende denne information til centralnervesystemet. Når en person lugter eller smager noget, eller de kan være interne, såsom ilt eller kulsyre, der er til stede i blodet.

Cranial nerve —hos mennesker er der 12 kraniale nerver. De er forbundet med hjernestammen og styrer dybest set hovedet såvel som hjælper med at regulere organerne i brysthulen og bughulen.

membran —Tynd, arklignende muskel placeret under lungerne og hjertet i bunden af brysthulen, og som adskiller den fra maven. Membranen er en åndedrætsmuskel, det tillader luft at komme ind og ud af lungerne ved at bevæge sig op og ned. Når membranen bevæger sig ned, trækker en person vejret ind. Når membranen bevæger sig op, trækker personen ud.

homeostase —stabilitet i kroppens indre miljø, opnået ved et system af integrerede kontrolsystemer aktiveret af feedbacksystemer. For eksempel udløser høje niveauer af kulsyre i CSF stærkere ventilation i lungerne, hvilket igen reducerer niveauet af kulsyre ved at øge indtaget af ilt.

ufrivillig aktivitet-aktivitet, der ikke er under indflydelse eller kontrol af viljen.

lunger —stort par åndedræts—eller åndedrætsorganer placeret i brystet. Lungerne bringer det ilt, der er til stede i den inhalerede luft, ind i blodet og fjerner giftigt kulsyre fra blodet.

metabolisme —summen af alle de fysiske og biokemiske processer, der forekommer i kroppen for at producere, hvad der kræves for at opretholde livet. Dette omfatter omdannelsen af næringsstoffer til energi og kroppens brug af energi.

perifere kemoreceptorer —kemoreceptorer, der ikke er placeret i hjernestammen. Der er to typer: aortalegemerne placeret i aorta, den største arterie i kroppen og carotidlegemerne placeret i carotidarterierne, der passerer på begge sider af nakken og bærer iltet blod fra aorta til hjernen.

pH-et mål for surheden af en opløsning eller dens hydrogenionkoncentration. I menneskekroppen kan opløsningen være blodet eller CSF. Den normale pH i kropsvæsker er 7,4.

refleks-handling eller bevægelse af kroppen, der er summen af ufrivillig aktivitet.

åndedræt —hos mennesker, vejrtrækning, hvilket betyder indånding af iltholdig luft og udånding af kulsyreholdig luft. Det kan også henvise til udveksling af ilt og kulsyre i blodet. Udtrykket respiration har endnu en betydning i biokemi, hvor det refererer til de komplekse kemiske reaktioner, der forekommer i kroppen, kaldet iltningsreaktioner, hvorved kemiske stoffer overfører elektroner og omdanner energi til former, der kræves for at opretholde livet.

åndedrætssystem-de organer, der er involveret i vejrtrækning: næse, hals, strubehoved, luftrør, bronkier og lunger.

Trachea —luftrøret, et rør lavet af fiber og brusk, der forbinder stemmeboksen (strubehovedet) til bronchi.

Ventilation-luft ind i en forlader kroppen. Det er en af de mest almindelige årsager til lungeventilation, der er forbundet med lungeventilation.

• hypoksisk hypoksi. Denne tilstand er kendetegnet ved en utilstrækkelig tilførsel af ilt til arterielt blod og unormalt lavt partialtryk af ilt i arterierne. Cyanose (blåhed i huden og membranerne) er et vigtigt symptom på grund af lavere niveauer af hæmoglobin, det protein, der bærer ilt i blodet.
• stillestående hypoksi. Dette er manglende transport af ilt til vævene og skyldes en langsom blodgennemstrømning, som det kan forekomme med hjertesvigt.
• anæmisk hypoksi. Ved anæmisk hypoksi er partialtrykket af ilt i arterierne normalt, men iltindholdet i arterielt blod er lavere end normalt.
• Hypercapnia. Dette betyder et overskud af kulsyre.
• acidose. Forøgelse af mængden af hydrogenion (surhed) i blodet og CSF, hvilket fører til respiratorisk acidose. Det sker, når lungerne ikke ventilerer ordentligt og resulterer i for store mængder kulsyre i blodet. Ikke-funktionelle carotidlegemer har vist sig at forårsage acidose.
• alkalose. Tab af hydrogenion i blodet og CSF, hvilket fører til respiratorisk alkalose, hvilket betyder overdreven tab af kulsyre fra kroppen. En alkalisk CSF hæmmer respiratorisk kontrolcenter.

ressourcer

bøger

Adams, Francis V. åndedrætsforstyrrelser Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.Albert, R. K. et al., eds. Omfattende Respiratorisk Medicin. St. Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. lærebog af respiratorisk medicin. St. Louis: Saunders, Harcourt, 2000.

tidsskrifter

Hillich, C. H. “kontrol af vejrtrækning i klinisk praksis.”Bryst 117 (Januar 2000):205-225.

andet

American Lung Association. 1740 København, NY 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Ph. D.