Andning, reglering av

Definition

reglering av andning är resultatet av en komplex interaktion som involverar ett system av sensorer, ett respiratoriskt kontrollcenter och ett effektorsystem för att utföra sina kommandon till musklerna och organen som är involverade i andning.

beskrivning

i kroppen får cellerna sin energi genom att kombinera syre med olika näringsämnen och producera koldioxid som avfallsprodukt. Således behöver de en konstant tillförsel av syre och måste också ta bort koldioxiden. Detta uppnås genom andning, även känd som andning eller ventilation, termer som används av fysiologer för att betyda inandning och utandning av luft.

andning initieras spontant i centrala nervsystemet och utförs av kroppens andningsorgan. Det övergripande syftet med detta system är att låta kroppen andas in i den syreinnehållande luften och att andas ut den skadliga koldioxiden som produceras av de metaboliska reaktionerna.

luft innehåller 21% syre som komponentgas. Luft inandas i kroppen genom munnen och näsan. Den färdas sedan förbi halsen och röstlådan (struphuvudet), genom luftröret (luftstrupen), som delar sig i två huvudluftpassager som leder till höger och vänster lungor . De två passagerna delar sig igen i lungorna i mindre grenar (bronkier) som skiljer sig åt i ännu mindre (bronkioler eller alveolära kanaler) ungefär som ett trädgrenar ut. Dessa luftpassager innehåller små luftsäckar i sina ändar som kallas alveoler. Det finns cirka 150 miljoner alveoler i de mänskliga lungorna. De har mycket tunna väggar som släpper ut syret i blodet och får i utbyte sin koldioxid , som sedan andas ut ur lungorna genom samma väg som leder tillbaka till näsan och munnen.

andning är en automatisk process som utlöses i ett komplext område av hjärnan som kallas hjärnstammen, en del av hjärnan som ansluter till ryggmärgen och dess nerver. Hjärnstammen innehåller det ofrivilliga respiratoriska kontrollcentret. Detta innebär att andning är mer en reflexaktivitet än en aktivitet baserad på vilja, vilket innebär att det händer utan att vi behöver tänka på det eller bestämma att det ska inträffa. Andning är faktiskt en så stark reflex att det är mycket svårt att medvetet sluta andas under en längre tid.

funktion

hjärnstammens respiratoriska kontrollcenter reglerar andning med hjälp av nerver, muskler och speciella sensorer som kallas kemoreceptorer. Kemoreceptorer är specialiserade celler som kan upptäcka kemiska ämnen i kroppen och överföra den informationen till nerver som ingår i centrala nervsystemet för relä till andningscentret. På detta sätt övervakas andningen ständigt och justeras för att upprätthålla lämpligt pH och partiellt tryck av syre i det arteriella blodet, det vill säga blodet som kommer från hjärtat och som innehåller de högsta nivåerna av syre för distribution i kroppen. Reglering av andning är en homeostatisk kontrollmekanism, vilket innebär att den syftar till att upprätthålla stabiliteten i kroppens inre miljö via negativa återkopplingsmekanismer. Till exempel utlöser höga nivåer av koldioxid i kroppen automatiskt snabbare och djupare andning, vilket i sin tur minskar koldioxidnivån genom att öka syreintaget.

andningscentret är det centrala kontrollområdet för andning. Den tar emot information från andra delar av kroppen och producerar ett automatiskt samordnat svar. Svaret är en reaktion som utlöser de olika organen och musklerna som är involverade i andning och ligger i olika delar av kroppen för att agera tillsammans. Den ligger i den nedre delen av hjärnstammen, kallad medulla oblongata, en skopformad struktur kopplad till ryggmärgen. Medulla innehåller speciella andningsnervceller (neuroner). En typ är de inspirerande neuronerna, som är aktiva under inandning och inaktiva under utandning. Den andra typen är expiratoriska neuroner, som är aktiva under utandning och inaktiva under inandning. Dessa två grupper av neuroner genererar en automatisk cykel av inandning och utandning. Denna automatiska cykel kan modifieras eller till och med tillfälligt stoppas, beroende på informationen som mottagits av andningskontrollcentret från olika ursprung, såsom reflexer från lungorna och luftvägarna, information från kemoreceptorerna och kommandon från andra delar av hjärnan.

de viktigaste centra som tillhandahåller den information som krävs av andningskontrollcentret för att reglera andningen är följande:

• centrala kemoreceptorer. De centrala kemoreceptorerna är belägna längst ner i den fjärde ventrikeln (hjärnstammens region) och de svarar på surheten—eller pH—i cerebrospinalvätskan (CSF), vätskan som badar hjärnan och ryggmärgen. Surheten hos vilken vätska som helst mäts av pH; detta värde är relaterat till antalet vätejoner som finns i vätskan. Kroppens normala pH är 7,4; värden högre än detta representerar alkaliska förhållanden i kroppen, vilket betyder en lägre mängd vätejoner, och värden på pH mindre än7.4 representerar sura förhållanden, vilket betyder en högre mängd vätejoner. Således, när surheten hos CSF ändras, har meddelandena som skickas av de centrala kemoreceptorerna till andningskontrollcentret en effekt på andningen.
• perifera arteriella kemoreceptorer. Det finns två typer av perifera kemoreceptorer: karotidkropparna och aortakropparna. De är små bitar av vävnad som innehåller kemoreceptorer som svarar på mängderna syre och koldioxid i arteriellt blod. Karotidkropparna är belägna där den gemensamma halspulsådern delar sig i de två halspulsåderna på båda sidor av nacken. Aortakropparna ligger på aorta, kroppens största blodkärl, som börjar från hjärtat. Informationen från karotidkropparna bärs längs den nionde kranialnerven och informationen från aortakroppen passeras längs den tionde kranialnerven till andningscentret. Informationen från karotidkropparna tros påverka den omedelbara regleringen av andning, andetag för andetag, av andningskontrollcentret.
• hjärna. Andning kan också vara frivillig, som påverkas av andra delar av hjärnan, särskilt hjärnbarken, den del av hjärnan där tankeprocesser finns och är ansvariga för avsiktlig handling. Vi kan alla medvetet andas djupare och snabbare (hyperventilation), som till exempel innan vi börjar tung träning . Starka känslor kan också leda till hyperventilation.
• lunga. Det finns olika receptorer i lungan som också kan påverka andningen. Till exempel svarar en typ av receptor i bronkierna på irriterande inandade ämnen och orsakar hosta, andningshållning och nysning. Andra receptorer belägna i lungans flexibla vävnader och bröstväggen är känsliga för stretch. Den exakta rollen som dessa receptorer spelar vid reglering av andning är inte helt förstådd, men de anses vara ansvariga för olika reflexer som har upptäckts i laboratoriestudier utförda på djur. Dessa är stretchreflexer som uppstår när lungan och bröstväggen är distenderade för att förhindra ytterligare inandning. Även när luftvolymen är låg i lungorna finns det motsatta reflexer.

Efter att ha fått information behöver andningscentret en väg för att skicka sina regleringsmeddelanden. Detta görs av speciella nerver, kallade efferenta nerver. De lämnar andningskontrollcentret och passerar ryggmärgen till membranet och till musklerna som ligger mellan revbenen (interkostala muskler) och till andra muskler som ligger i nacken och brukade andas. Membranet är en tunn, arkliknande muskel som ligger längst ner i bröstkaviteten under lungorna och hjärtat, och det är den viktigaste muskeln som är involverad i andning. När en person andas in, dras membranet samman och rör sig nedåt och sträcker därmed kaviteten som innehåller lungorna (bröstkorg eller bröstkavitet), medan de interkostala musklerna dras samman och breddar bröstkaviteten, vilket resulterar i att luft fyller lungorna genom sugning. När en person andas ut, slappnar membranet och interkostala musklerna, vilket minskar bröstkavitetens storlek och tvingar luft ut ur lungorna. Under normal andning är inandning en aktiv muskelprocess. Utandning är passiv och förlitar sig på vävnadens naturliga elasticitet för att tömma lungan.

roll i människors hälsa

andning är en väsentlig aktivitet i kroppen, som krävs för att upprätthålla livet. Om det stoppas följer döden snabbt. Således är reglering av andning också väsentlig, vilket innebär att varje störning av denna funktion kommer att påverka kroppens andningsförmåga, med konsekvenser beroende på omfattningen av försämringen.

vanliga sjukdomar och störningar

om graden av syreintag och eliminering av koldioxid inte matchas genom leverans av den första och avlägsnande av den andra, uppstår en obalans som kan leda till andningsavvikelser i samband med allvarliga sjukdomar som lunginflammation (inflammation i lungorna), emfysem (överdriven och onormal ackumulering av luft i lungorna till följd av en minskning av lungmembranets område), hjärtsvikt , anemi (brist på röda blodkroppar i blodet, vilket resulterar i otillräckligt syre) och astma (förträngning av bronkierna). Följande villkor är resultatet av sådana obalanser:

• hypoxi. Även känd som anoxi. Det betyder” utan syre ” och används för att beskriva ett tillstånd av otillräckligt syre som tillhandahålls kroppens celler.

nyckeltermer

surhet —avser en förening som är sur eller sur. När de löses i vatten ger syror vätejoner.

hjärnstam-lägsta delen av hjärnan som ansluter till ryggmärgen. Det är ett komplicerat neuralt centrum med flera neuronala vägar mellan hjärnan, ryggmärgen, cerebellum och motoriska och sensoriska funktioner i huvud och nacke. Den består av medulla oblongata, den del som är ansvarig för hjärt-och andningskontroll, mellanhjärnan, som är involverad i grundläggande, ofrivilliga kroppsfunktioner, och pons, där vissa kranialnerver har sitt ursprung.

bronkier-luftpassager i lungorna.

centrala nervsystemet (CNS) – hos människor består CNS av hjärnan, kranialnerven och ryggmärgen.

cerebrospinalvätska (CSF) —en klar vätska som innehåller små mängder socker (glukos) och protein. CSF fyller hjärnan och ryggmärgens centrala kanal och dess normala pH är 7,4. Varje förändring från detta värde detekteras av kemoreceptorer.

kemoreceptorer-specialiserade celler som kan upptäcka kemiska ämnen i kroppen och vidarebefordra den informationen till centrala nervsystemet. De upptäckta ämnena kan vara externa, till exempel när en individ luktar eller smakar något eller de kan vara interna, såsom syre eller koldioxid som finns i blodet.

kranialnerv-hos människor finns det 12 kranialnerver. De är anslutna till hjärnstammen och kontrollerar i princip huvudet samt hjälper till att reglera organen i bröstkorgs-och bukhålorna.

membran-tunn, arkliknande muskel som ligger under lungorna och hjärtat längst ner i bröstkaviteten och som skiljer den från buken. Membranet är en andningsmuskel, det tillåter luft att komma in och ut ur lungorna genom att röra sig upp och ner. När membranet rör sig ner, andas en person in. När membranet rör sig upp, andas personen ut.

homeostas-stabilitet i kroppens inre miljö, uppnås genom ett system med integrerade styrsystem aktiverade av återkopplingssystem. Till exempel utlöser höga nivåer av koldioxid i CSF starkare ventilation i lungorna vilket i sin tur minskar koldioxidnivån genom att öka syreintaget.

ofrivillig aktivitet-aktivitet som inte påverkas eller kontrolleras av viljan.

lungor-stort par andnings-eller andningsorgan som finns i bröstet. Lungorna bringar syret som finns i inandningsluften i blodet och tar bort giftig koldioxid från blodet.

Metabolism-summan av alla fysiska och biokemiska processer som förekommer i kroppen för att producera vad som krävs för att upprätthålla livet. Detta inkluderar omvandling av näringsämnen till energi och kroppens användning av energi.

perifera kemoreceptorer-kemoreceptorer som inte finns i hjärnstammen. Det finns två typer: aortakropparna i aorta, den största artären i kroppen och karotidkropparna i karotidartärerna som passerar på vardera sidan av nacken och transporterar syresatt blod från aortan till hjärnan.

pH-ett mått på surheten hos en lösning eller dess vätejonkoncentration. I människokroppen kan lösningen vara blodet eller CSF. Det normala pH-värdet för kroppsvätskor är 7,4.

Reflex-handling eller rörelse av kroppen som är summan av ofrivillig aktivitet.

andning-hos människor, andning, vilket betyder inandning av syreinnehållande luft och utandning av koldioxidinnehållande luft. Det kan också hänvisa till utbyte av syre och koldioxid i blodet. Termen andning har ännu en betydelse i biokemi, där den hänvisar till de komplexa kemiska reaktionerna som förekommer i kroppen, kallad oxidationsreaktioner, genom vilka kemiska ämnen överför elektroner och omvandlar energi till former som krävs för att upprätthålla livet.

andningsorganen-de organ som är involverade i andning: näsan, halsen, struphuvudet, luftstrupen, bronkierna och lungorna.

Trachea-luftröret, ett rör av fiber och brosk som ansluter röstlådan (struphuvudet) till bronkierna.

Ventilation-luft som kommer in i en lämnar kroppen. Lungventilation avser utbyte av luft mellan lungorna och omgivande luft och alveoli ventilation avser utbyte av syre och koldioxid med blodet.

• hypoxisk hypoxi. Detta tillstånd kännetecknas av en otillräcklig tillförsel av syre till arteriellt blod och onormalt lågt partiellt tryck av syre i artärerna. Cyanos (blåhet i huden och membranen) är ett stort symptom på grund av lägre nivåer av hemoglobin, proteinet som bär syre i blodet.
• stagnerande hypoxi. Detta är misslyckande med att transportera syre till vävnaderna och beror på ett långsamt blodflöde, vilket kan uppstå vid hjärtsvikt.
• anemisk hypoxi. Vid anemisk hypoxi är partialtrycket av syre i artärerna normalt, men syreinnehållet i det arteriella blodet är lägre än normalt.
• hyperkapni. Detta innebär ett överskott av koldioxid.
• acidos. Ökning av mängden vätejon (surhet) i blodet och CSF, vilket leder till respiratorisk acidos. Det uppstår när lungorna inte ventilerar ordentligt och resulterar i alltför stora mängder koldioxid i blodet. Icke-funktionella karotidkroppar har visat sig orsaka acidos.
• alkalos. Förlust av vätejon i blodet och CSF, vilket leder till respiratorisk alkalos, vilket innebär överdriven förlust av koldioxid från kroppen. En alkalisk CSF hämmar andningscentret.

resurser

böcker

Adams, Francis V. andnings störningar Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R. K. et al, Red. Omfattande Andningsmedicin. St. Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. lärobok i Respiratorisk medicin. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

tidskrifter

Zwillich, C. W. ” kontrollen av andning i klinisk praxis.”Bröst 117 (Januari 2000): 205-225.

andra

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

Monique Laberge, Ph. D.