PBL Fall 9: Cirkulationen 3
Gastransport, andningsreglering och träningsfysiologi
Fallet
Person deltar i studie där friska personer utsätts för mätning av olika värden under arbetsprov med utandning och blodmätning.
Ventilation och syreupptagning
| Tillstånd | Ve (L/min) | VO₂ (L/min) | Kroppstemperatur (°C) |
|---|---|---|---|
| Vila | 7 | 0.4 | 36.7 |
| Submax arbete | 44 | 1.8 | 36.9 |
| Max arbete | 159 | 4.0 | 37.9 |
Blodgasvärden
| PO₂ (kPa) | PCO₂ (kPa) | pH | HCO₃⁻ (mmol/L) | HbO₂ (%) | Laktat (mmol/L) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Artär | ||||||
| Vila | 12.8 | 5.0 | 7.42 | 24 | 97.6 | 0.8 |
| Max | 13.6 | 4.4 | 7.28 | 15 | 97.1 | 9.3 |
| Ven | ||||||
| Vila | 3.9 | 6.3 | 7.38 | 27 | 57.8 | 0.8 |
| Max | 2.4 | 9.5 | 7.12 | 22 | 13.9 | 9.7 |
Studiemål
Syreupptagning
- • Faktorer som påverkar VO₂
- • Hemoglobinets affinitet till O₂/CO₂
Gastransport
- • Gasutbyte i alveolerna
- • Transport i blodet
Andningsreglering
- • Frekvens, volym, tidsperspektiv
- • Träning och receptorer
Kliniska aspekter
- • Syra-bas balans
- • Träningsfysiologi
- • Temperaturreglering
Andningens uppgift
Eliminera CO₂
- • Kontrollera PaCO₂
- • pH-kontroll
Ta upp O₂
- • Kontrollera PaO₂
- • O₂-mättnad
- • O₂-leverans
Partialtryck och gasutbyte
Varje gas utövar en del av totaltrycket proportionellt med andelen i luften.
| Plats | PO₂ (mmHg) | PCO₂ (mmHg) |
|---|---|---|
| Atmosfär | 160 | 0.3 |
| Alveol (A) | 105 | 40 |
| Artärblod (a) | 100 | 40 |
| Venblod (v) | 40 | 46 |
Viktigt: CO₂ är 30 ggr mer lösligt än O₂. Partialtrycket driver gasutbytet.
Gasutbyte - Video
Hemoglobin och syretransport
Hemoglobinets struktur
- • 4 subenheter med varsin heme-grupp
- • Varje heme innehåller Fe²⁺ som binder O₂
- • 98.5% av O₂ transporteras bundet till Hb
- • 1.5% löst i plasma
Allosteriska effektorer
H⁺ (Bohr-effekten)
Lågt pH → Högerförskjutning → Lättare O₂-avgivning
CO₂ (Bohr-effekten)
Ökat CO₂ → Högerförskjutning → Lättare O₂-avgivning
2,3-BPG
Binder till deoxy-Hb → Stabiliserar T-form → Lättare O₂-avgivning
Hemoglobinets dissociationskurva
Faktorer som påverkar kurvan
Högerförskjutning
(lättare O₂-avgivning)
- • Högt pCO₂
- • Lågt pH
- • Högt 2,3-BPG
- • Hög temperatur
Vänsterförskjutning
(svårare O₂-avgivning)
- • Fetalt hemoglobin
- • CO-förgiftning
- • Lågt pCO₂
- • Högt pH
Dissociationskurvan - Video
Bohr- och Haldane-effekterna
Bohr-effekten
H⁺ och CO₂ påverkar Hb:s O₂-affinitet
- • Hög CO₂/H⁺ → Lättare O₂-avgivning
- • Viktigt i vävnaden
Haldane-effekten
O₂ påverkar Hb:s CO₂/H⁺-affinitet
- • Låg O₂ → Bättre CO₂/H⁺-bindning
- • Viktigt för CO₂-transport
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺
CO₂-transport i blodet
Som bikarbonat
70%
Via karboanhydras i RBC
Bundet till Hb
20%
Som karbamino-Hb
Löst i plasma
10%
Direkt löst
CO₂-transport - Video
Andningsreglering
Andningscentrum i hjärnstammen
- • Medulla ventralt (VRG): Styr diafragma via n. phrenicus
- • Medulla dorsalt (DRG): Styr frekvens och rytm
- • Pons: Koordinerar mjuk andning
Kemoreceptorer
Centrala (medulla)
- • Känsliga för pH och CO₂ i CSF
- • Huvudsaklig reglering i vila
Perifera
- • Aortabågen och carotis sinus
- • Känsliga för O₂, CO₂, pH
- • Viktiga vid låg O₂
Andningsreglering - Video
Träningsfysiologi
VO₂max - Maximal syreupptagningsförmåga
VO₂ = CO × (CaO₂ - CvO₂)
CO: Cardiac Output
CaO₂ - CvO₂: Arteriovenös O₂-differens
Faktorer som påverkar VO₂max
- • Hjärtminutvolym (CO)
- • Hemoglobinkoncentration
- • Kapillärtäthet i muskulatur
- • Mitokondriell densitet
- • Oxidativa enzymers aktivitet
Ventilation under arbete
Vila → Max arbete
- • Ventilation: 5-10 → >100 L/min
- • Tidalvolym: 0.5 → 3-4 L
- • Frekvens: 12 → 40-50/min
Viktigt: Tidalvolym ökar mer än frekvens initialt för att minimera dead space-ventilation.
Syra-bas balans vid träning
Vid intensivt arbete produceras laktat vilket leder till metabol acidos.
Kompensationsmekanismer
- 1. Akut: Ökad ventilation → sänkt PCO₂
- 2. Buffertar: Bikarbonat neutraliserar H⁺
- 3. Långsamt: Njurarnas H⁺-utsöndring
Respiratorisk kvot (RQ)
RQ = VCO₂ / VO₂
| Substrat | RQ | ATP/O₂ |
|---|---|---|
| Kolhydrat | 1.0 | 5.0 |
| Protein | 0.8 | - |
| Fett | 0.7 | 4.6 |
Kolhydrater ger mer ATP per O₂ och är därför mer effektivt vid intensivt arbete.
Fallåterkoppling
Observationer vid maxarbete:
- • Arteriellt: PO₂ bibehållen, PCO₂ sjunker (hyperventilation), pH sjunker (laktatacidos)
- • Venöst: PO₂ mycket lågt (2.4 kPa), PCO₂ högt, pH lågt
- • Stor a-v O₂-differens: Effektivt O₂-extraktion i vävnad
- • Laktat 9.3 mmol/L: Anaerob metabolism
Personen visar normal respons på maximalt arbete med bibehållen arteriell syresättning, effektiv vävnadsextraktion och förväntad laktatacidos.
Normalvärden
| Parameter | Normalvärde |
|---|---|
| aB-pH | 7.35-7.45 |
| aB-PO₂ | 10-13 kPa |
| aB-PCO₂ | 4.6-6.0 kPa |
| aB-O₂-mättnad | 95-98% |
| P-Bikarbonat | 22-27 mmol/L |