Termin 3 · Homeostas · PBL Fall 9
Cirkulationen 3
Gastransport, andningsreglering och träningsfysiologi
01 · Fallet
Patientfallet
En frisk försöksperson cyklar på ergometer i en studie. Vi mäter ventilation, syreupptag och kroppstemperatur i vila, vid submaximalt arbete och vid maxarbete, samtidigt som artär- och venblod analyseras.
Ventilation, syreupptag och temperatur
| Tillstånd | V̇E (L/min) | V̇O₂ (L/min) | Temp (°C) |
|---|---|---|---|
| Vila | 7 | 0,4 | 36,7 |
| Submax | 44 | 1,8 | 36,9 |
| Max | 159 | 4,0 | 37,9 |
Blodgaser, vila mot maxarbete
| Prov | PO₂ | PCO₂ | pH | HCO₃⁻ | HbO₂ | Laktat |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Artär, vila | 12,8 | 5,0 | 7,42 | 24 | 97,6 | 0,8 |
| Artär, 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 |
| Ven, max | 2,4 | 9,5 | 7,12 | 22 | 13,9 | 9,7 |
Enheter: PO₂, PCO₂ i kPa · HCO₃⁻, laktat i mmol/L · HbO₂ i %.
Central fråga: hur håller kroppen den arteriella syresättningen nästan oförändrad samtidigt som syreupptaget tiodubblas och blodet blir surt av laktat?
02 · Prioritera
Tentafokus
Det här måste du kunna på det här fallet:
- Hur partialtryck driver gasutbytet, och varför CO₂ ändå klarar utbytet trots litet tryckgradient (löslighet)
- Hemoglobinets dissociationskurva och vad som höger- respektive vänsterförskjuter den
- Bohr- och Haldane-effekten och varför de samverkar i vävnad och lunga
- De tre vägarna för CO₂-transport och karboanhydrasets roll i de röda blodkropparna
- Var andningscentrum sitter och skillnaden mellan centrala och perifera kemoreceptorer
- Ekvationen V̇O₂ = CO × (CaO₂ − CvO₂) och vad som begränsar VO₂max
03 · Gasfysik
Partialtryck och gasutbyte
Varje gas utövar en del av totaltrycket i proportion till sin andel av luften. Gas rör sig alltid från högt till lågt partialtryck, och det är denna gradient, inte koncentrationen i sig, som driver diffusionen över alveolarmembranet.
| Plats | PO₂ (mmHg) | PCO₂ (mmHg) |
|---|---|---|
| Atmosfär | 160 | 0,3 |
| Alveol (A) | 105 | 40 |
| Artärblod (a) | 100 | 40 |
| Venblod (v) | 40 | 46 |
04 · Syretransport
Hemoglobin och syretransport
Hemoglobin består av fyra subenheter, var och en med en hemgrupp som rymmer ett Fe²⁺-jon. Det är den tvåvärda järnjonen som reversibelt binder O₂, så en intakt Hb-molekyl bär fyra syremolekyler.
- Bundet till Hb
- 98,5 % av allt O₂
- Löst i plasma
- 1,5 %
Allosteriska effektorer
Tre faktorer sänker Hb:s affinitet för O₂ och gör det lättare att lämna ifrån sig syre i vävnaden:
- H⁺ (Bohr-effekten)Lågt pH högerförskjuter kurvan så att O₂ släpper lättare.
- CO₂ (Bohr-effekten)Ökat CO₂ ger samma högerförskjutning och underlättar O₂-avgivning.
- 2,3-BPGBinder deoxy-Hb och stabiliserar T-formen, vilket sänker affiniteten.
05 · Affinitet
Hemoglobinets dissociationskurva
Kurvan är S-formad: vid högt PO₂ i lungan mättas Hb nästan fullständigt, medan den branta delen vid lägre PO₂ gör att Hb lämnar mycket syre redan vid små tryckfall i vävnaden. Förskjutningar i sidled ändrar hur villigt syret släpps.
Högerförskjutning
Lättare O₂-avgivning till vävnaden.
- Högt pCO₂
- Lågt pH
- Högt 2,3-BPG
- Hög temperatur
Vänsterförskjutning
Svårare O₂-avgivning, hårdare bindning.
- Fetalt hemoglobin
- CO-förgiftning
- Lågt pCO₂
- Högt pH
06 · Koppling
Bohr- och Haldane-effekten
De två effekterna är spegelbilder av varandra och samverkar i ett kretslopp: det som händer i vävnaden gör motsatsen i lungan.
| Effekt | Vad styr vad | Var det räknas |
|---|---|---|
| Bohr | H⁺ och CO₂ sänker Hb:s O₂-affinitet | I vävnaden, hög CO₂/H⁺ frigör O₂ |
| Haldane | O₂ sänker Hb:s CO₂- och H⁺-affinitet | I lungan, hög O₂ frigör CO₂ |
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺
Karboanhydras driver den första jämvikten i de röda blodkropparna.
07 · Koldioxid
CO₂-transport i blodet
Koldioxid fraktas på tre sätt. Bikarbonatvägen dominerar och förutsätter karboanhydras i de röda blodkropparna.
| Form | Andel | Hur |
|---|---|---|
| Bikarbonat | 70 % | Via karboanhydras i röda blodkroppar |
| Karbamino-Hb | 20 % | Bundet direkt till hemoglobin |
| Löst i plasma | 10 % | Direkt fysikaliskt löst |
08 · Reglering
Andningsreglering
Andningsrytmen genereras i hjärnstammen och justeras kontinuerligt utifrån blodets gas- och pH-värden.
Andningscentrum
- Medulla ventralt (VRG)
- Styr diafragma via n. phrenicus.
- Medulla dorsalt (DRG)
- Sätter frekvens och rytm.
- Pons
- Koordinerar en mjuk, jämn andning.
Kemoreceptorer
| Typ | Läge | Känslig för |
|---|---|---|
| Centrala | Medulla oblongata | pH och CO₂ i CSF, huvudregleringen i vila |
| Perifera | Aortabågen och sinus caroticus | O₂, CO₂ och pH, avgörande vid låg O₂ |
09 · Arbete
Träningsfysiologi
Maximal syreupptagningsförmåga (VO₂max) sätter taket för uthållighetsprestation och bestäms av hur mycket syre hjärtat kan leverera multiplicerat med hur mycket vävnaden extraherar.
V̇O₂ = CO × (CaO₂ − CvO₂)
Hjärtminutvolym gånger den arteriovenösa syredifferensen.
Vad begränsar VO₂max
- Hjärtminutvolym (CO)Den centrala leveransfaktorn, ofta den tydligaste begränsningen.
- HemoglobinkoncentrationBestämmer hur mycket O₂ varje liter blod kan bära.
- Kapillärtäthet i muskelnAvgör hur effektivt syret når ut till fibrerna.
- Mitokondriell densitetSätter kapaciteten för oxidativ ATP-produktion.
- Oxidativa enzymers aktivitetStyr hur snabbt syret kan utnyttjas i cellen.
Ventilation, vila → max
| Variabel | Vila | Max |
|---|---|---|
| Ventilation | 5–10 L/min | >100 L/min |
| Tidalvolym | 0,5 L | 3–4 L |
| Andningsfrekvens | 12/min | 40–50/min |
10 · Metabolism
Syra-bas och respiratorisk kvot
Vid intensivt arbete producerar musklerna laktat, vilket sänker pH och ger en metabol acidos. Kroppen svarar i tre tempon, från sekundsnabbt till över dygn.
- 1Akut: ökad ventilation sänker PCO₂ och vädrar ut syra
- 2Buffert: bikarbonat neutraliserar H⁺ i blodet
- 3Långsamt: njurarnas H⁺-utsöndring återställer balansen
Respiratorisk kvot (RQ)
RQ = V̇CO₂ / V̇O₂
| Substrat | RQ | ATP per O₂ |
|---|---|---|
| Kolhydrat | 1,0 | 5,0 |
| Protein | 0,8 | — |
| Fett | 0,7 | 4,6 |
Kolhydrater ger mest ATP per syremolekyl och är därför det föredragna bränslet vid intensivt arbete, då syret är den begränsande resursen.
11 · Fallåterkoppling
Tillbaka till fallet
Mätvärdena vid maxarbete passar in i bilden av en frisk person som arbetar på sin gräns:
- ArterielltPO₂ är bibehållet, PCO₂ sjunker av hyperventilationen och pH faller på grund av laktatacidos.
- VenöstPO₂ är mycket lågt (2,4 kPa), PCO₂ högt och pH lågt, vävnaden har tömt blodet på syre.
- Stor a-v O₂-differensSkillnaden mellan artär- och venblod visar effektiv syreextraktion i muskeln.
- Laktat 9,3 mmol/LBekräftar att anaerob metabolism bidrar vid maxbelastningen.
12 · Referens
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 |
13 · Resurser