Hypoksisk ventilatorisk reaktion - Hypoxic ventilatory response
Hypoxisk ventilationsrespons ( HVR ) er stigningen i ventilation forårsaget af hypoxi, der gør det muligt for kroppen at optage og behandle ilt ved højere hastigheder. Det er oprindeligt forhøjet i lavlandere, der rejser til stor højde, men reduceres betydeligt over tid, efterhånden som folk akklimatiserer sig . I biologisk antropologi refererer HVR også til menneskelig tilpasning til miljøbelastninger som følge af stor højde.
Hos pattedyr påkalder HVR flere fysiologiske mekanismer. Det er et direkte resultat af faldet i partielt tryk af ilt i arterielt blod og fører til øget ventilation. Kroppen har forskellige måder at håndtere akut hypoxi på. Pattedyr, der er afhængige af lungeventilation, vil øge deres ventilation for at tage højde for manglen på ilt, der når vævene. Pattedyr vil også opleve fald i aerob metabolisme og iltbehov sammen med stigninger i ATP -produktionen.
De fysiologiske mekanismer er forskellige i virkning og i løbet af tiden. HVR er tidsafhængig og kan opdeles i to faser: den første (0–5 minutter) ventilationsforøgelse og den anden (5–20 minutter) med langsom tilbagegang.
Den første stigning i ventilation fra HVR initieres af halspulsårene , som er bilateralt placeret ved havnen i hjernecirkulationen . Halspulslegemer indeholder iltfølsomme celler, der bliver mere aktive som reaktion på hypoxi. De sender input til hjernestammen, som derefter behandles af respiratoriske centre . Andre mekanismer omfatter hypoxi-inducerbare faktorer , især HIF1 . Hormonelle ændringer har også været forbundet med HVR, især dem, der påvirker funktionen af halspulsorganerne.
Da HVR er et svar på nedsat ilt tilgængelighed, deler det de samme miljøudløsere som hypoxi. Sådanne forstadier omfatter rejser til steder i stor højde og at bo i et miljø med høje niveauer af kulilte . Kombineret med klima kan HVR påvirke fitness og hydrering . Især for lavlandere, der krydser forbi 6000 meter i højden, kan grænsen for langvarig menneskelig eksponering for hypoksi resultere i hyperventilation og i sidste ende forringelse af kroppen. Oxygenforbruget reduceres til maksimalt 1 liter pr. Minut.
Rejsende, der er akklimatiseret til store højder, udviser høje niveauer af HVR, da det giver fordele såsom øget iltindtag, forbedret fysisk og mental præstation og lavere modtagelighed for sygdomme forbundet med høj højde. Tilpasninger i befolkninger, der lever i store højder, spænder fra kulturel til genetisk og varierer mellem befolkninger. For eksempel har tibetanere, der bor i store højder, et mere følsomt hypoksisk ventilationsrespons end andinske folk, der lever i lignende højder, selvom begge befolkninger udviser større aerob kapacitet sammenlignet med lavlandere. Årsagen til denne forskel er sandsynligvis genetisk, selvom udviklingsfaktorer også kan bidrage.
Fysiologi
Akut hypoksisk respiratorisk reaktion
Akut respons (AR)
Det første trin i det hypoksiske ventilationsrespons består af den indledende reaktion på et hypoksisk miljø, der fører op til toppen kendt som kortvarig potentiering (STP). Processen induceres af et fald i iltpartialtrykket i blodet. Type I glomusceller i halspulsorganer registrerer ændringen i iltniveauer og frigiver neurotransmittere mod carotis sinusnerven, hvilket igen stimulerer hjernen, hvilket i sidste ende resulterer i øget ventilation. Perioden med øget ventilation varierer mellem forskellige personer, men varer typisk under ti minutter.
Kortsigtet potentiering (STP)
STP er stigningen i ventilation efter den akutte hypoksiske reaktion og den endelige tilbagevenden af ventilation til dens ligevægt efter carotis sinus nerve stimulering, hvilket forårsager en nedsat puls. Denne mekanisme varer normalt mellem et og to minutter. STP er mest tydelig i tidevandsvolumen eller amplitude af phrenisk neuralt output.
Kortvarig depression (STD)
STD er et midlertidigt spring i respirationsfrekvensen i begyndelsen af carotid kemo afferent stimulation eller et midlertidigt fald i respirationsfrekvensen i slutningen af kemo afferent stimulation. Denne mekanisme varer fra et spænd på flere sekunder til et par minutter. STP er kun fundet i respirationsfrekvensen af phrenisk nervestimulering, hvilket frembringer sammentrækning af membranen .
Ventilatorisk reaktion på vedvarende hypoxi
En fortsat tilstedeværelse i et hypoksisk miljø på mere end 24 timer fører til en stabil ventilation. Denne beredskab i miljøet forårsager hypokapni, hvilket reducerer ventilation .
Kronisk hypoksisk ventilatorisk reaktion
Kronisk hypoxi resulterer i yderligere fysiologiske ændringer på grund af transkriptionsfaktoren hypoxia-inducerbar faktor (HIF). HIF er en dimer sammensat af HIF-1α og HIF-1β-underenheden. HIF-1α er normalt ude af stand til at binde med HIF-1β. Imidlertid fremkalder lavere iltpartialtryk post-transkriptionel modifikation af HIF-1α, hvilket tillader HIF-1α at dimere med HIF-1β for at danne HIF-1. HIF-1 inducerer mange fysiologiske ændringer, der hjælper kroppen med at tilpasse sig den lavere tilgængelighed af ilt, herunder angiogenese , øget erythropoietinproduktion og fremme af anaerob metabolisme.
Neurologi
Den nervesystem spiller en central rolle i den hypoxiske ventilatorisk respons. Processen udløses af det perifere nervesystems påvisning af et lavt iltniveau i blodet. Især har neurotransmitteren glutamat vist sig at have en direkte korrelation til en stigning i ventilation. En undersøgelse udført på hunde undersøgte, hvordan deres kardiovaskulære systemer reagerer på forskellige iltniveauer før og efter at have fået MK-801 , som er en glutamatantagonist. Med MK-801 var der et mærkbart fald i både puls og vejrtrækninger i minuttet under hypoksi. Ifølge undersøgelsen viser det faktum, at HVR blev reduceret, da glutamat blev hæmmet, at glutamat er afgørende for reaktionen.
Tilpasning i høj højde
Befolkninger, der bor i højder over 2.500 meter, har tilpasset sig deres hypoksiske miljøer. Kronisk HVR er et sæt tilpasninger, der findes blandt de fleste menneskelige befolkninger, der historisk er hjemmehørende i regioner i stor højde, herunder det tibetanske plateau , Andean Altiplano og Simian Plateau . Op til 140 millioner mennesker bor i alt i sådanne områder, selvom ikke alle besidder disse tilpasninger. Befolkninger, der permanent har bosat sig i steder i stor højde, viser stort set ingen reaktion på akut hypoxi . Indfødte fra Andesbjergene og Himalaya har vist sig at udvikle tilpasning til hypoksi fra fødsel til nyfødte år i form af større lunger og større gasudvekslingsoverflade. Denne reaktion kan tilskrives genetiske faktorer, men udviklingen af resistensen mod akut hypoxi påvirkes stærkt af, når individet udsættes for stor højde; mens genetiske faktorer spiller en ubestemt rolle i en persons HVR, fordi langvarige migranter ikke viser reduktion i deres reaktioner på høj højde, selv efter at have levet i store højder på lang sigt, tyder uoverensstemmelsen på, at reaktion på HVR er kombinationen af miljøeksponering og genetiske faktorer.
Antropologi
Befolkning
Andeans
De Andes folkeslag er en af tre centrale populationer af undersøgelse, der har en nedsat HVR. Disse befolkninger beboer især områder i og omkring Andes -bjergkæden, som har en gennemsnitlig højde på 13.000 fod. HVR er blevet undersøgt hos indbyggere i Cusco , Peru, der ligger på 11.000 fod. At bo i så store højder har ført til kulturelle tilpasninger, herunder forbrug af coca te . Coca -te er et ekstrakt, der fremstilles ved at koge bladene på coca -planten i vand og indeholder det stimulerende kokain . I årtusinder har andinere brugt coca te som behandling for akut højdesyge, og den er i dag stadig givet til dem, der rejser til regionerne i højder i Peru, men dens effektivitet er blevet bestridt. I en undersøgelse fra 2010, der blev offentliggjort i Journal of Travel Medicine , var forbruget af coca -te faktisk forbundet med en stigning i forekomsten af højdesyge oplevet af rejsende, der besøger byen Cusco, Peru.
Det har vist sig, at ventilationsresponset er væsentligt mindre udtalt i Andes befolkninger end i tibetanerne, idet tibetanernes HVR -respons omtrent er dobbelt så stor som andeanerne i en højde af omkring 4000 meter. Højde -tilpasningerne ser også ud til at være mindre permanente end dem, der ses i den tibetanske befolkning, da andeanerne har en meget højere forekomst af kronisk bjergsygdom (CMS), hvor kroppen udvikler en skadelig reaktion på lave iltniveauer over mange år.
Tibetanere
Det tibetanske folk er en etnisk gruppe, der er hjemmehørende i Tibet, og som bor på hele det tibetanske plateau . De lever i højder op til 15.000 fod og er derfor af ekstrem interesse for forskere, der undersøger HVR i befolkninger i store højder. En af disse befolkninger er Sherpa -folket , en gruppe tibetanere, der er eftertragtede for deres viden om og færdigheder med at navigere gennem Himalaya . Historisk set er sherpaer blevet kontraheret til at guide ekspeditioner op ad Mount Everest , men praksis er siden faldet i lyset af udnyttelse af Sherpa -guiderne. Den energi og lethed, hvormed Sherpa stiger op og ned af bjerge skyldes deres evne til at bruge ilt mere effektivt. Denne evne til at udmærke sig ved bjergbestigning har forskudt deres kultur omkring det. Turisme er blevet en drivkraft for Sherpa -folkets finansielle indkomst. Sherpaerne kan tjene meget flere penge på at fungere som rejseguider på grund af deres lokale viden og klatringsevne.
Genetiske beviser tyder på, at de tibetanske folk adskiller sig fra den større Han -kinesiske befolkning når som helst omkring 1.000 f.Kr. til 7.000 f.Kr. I betragtning af de betydelige mutationer til EPAS1 -genet, der bidrager til den tibetanske modstand mod højdesyge , tyder dette på, at det ekstreme evolutionære pres på tibetaneren folk har produceret en af de hurtigste naturlige selektionseffekter set i en menneskelig befolkning. Tibetanernes tilpasninger til deres hypoksiske ventilationsrespons interagerer med andre tilpasninger for at fremme vellykket reproduktion. For eksempel har tibetanere udviklet en større iltmætning i barndommen, hvilket har ført til en lavere dødelighed for børn end oplevet af ikke-tilpassede befolkninger i højden.
Amhara
De Amhara folk er beboerne i de centrale og nordlige højland af Etiopien i Amhara Region , hvor højden varierer konsekvent mellem 1500 m (4.921 ft) til 4550 m (14,928 ft). I over 5.000 år har mennesker boet nær Simien -bjergene i højder over 3.000 m, og over den tid har de genetisk tilpasset sig de hypoksiske forhold i stor højde .
Referencer