22.6: Marekebisho katika Kazi za kupumua

Malengo ya kujifunza

• Eleza maneno hyperpnea na hyperventilation
• Eleza athari za zoezi kwenye mfumo wa kupumua
• Eleza athari za urefu wa juu kwenye mfumo wa kupumua
• Jadili mchakato wa acclimatization

Wakati wa kupumzika, mfumo wa kupumua hufanya kazi zake kwa kasi ya mara kwa mara, ya kimwili, kama ilivyowekwa na vituo vya kupumua vya ubongo. Kwa kasi hii, uingizaji hewa hutoa oksijeni ya kutosha kwa tishu zote za mwili. Hata hivyo, kuna nyakati ambazo mfumo wa kupumua unapaswa kubadilisha kasi ya kazi zake ili kuzingatia mahitaji ya oksijeni ya mwili.

Hyperpnea

Hyperpnea ni kuongezeka kwa kina na kiwango cha uingizaji hewa ili kukidhi ongezeko la mahitaji ya oksijeni kama inaweza kuonekana katika zoezi au magonjwa, hasa magonjwa yanayolenga njia za kupumua au utumbo. Hii haina kiasi kikubwa kubadilisha damu oksijeni au dioksidi kaboni ngazi, lakini tu huongeza kina na kiwango cha uingizaji hewa ili kukidhi mahitaji ya seli. Kwa upande mwingine, hyperventilation ni kiwango cha uingizaji hewa kilichoongezeka ambacho kinajitegemea mahitaji ya oksijeni ya seli na husababisha viwango vya chini vya dioksidi kaboni ya damu na pH ya juu (alkali) ya damu.

Kushangaza, zoezi haina kusababisha hyperpnea kama mtu anaweza kufikiri. Misuli inayofanya kazi wakati wa zoezi huongeza mahitaji yao ya oksijeni, na kuchochea ongezeko la uingizaji hewa. Hata hivyo, hyperpnea wakati wa zoezi inaonekana kutokea kabla ya kushuka kwa viwango vya oksijeni ndani ya misuli kunaweza kutokea. Kwa hiyo, hyperpnea inapaswa kuendeshwa na taratibu nyingine, ama badala ya au kwa kuongeza kushuka kwa viwango vya oksijeni. Njia halisi nyuma ya zoezi hyperpnea hazieleweki vizuri, na baadhi ya nadharia ni kiasi fulani cha utata. Hata hivyo, pamoja na oksijeni ya chini, dioksidi ya juu ya kaboni, na viwango vya chini vya pH, kunaonekana kuwa na ushirikiano mgumu wa mambo yanayohusiana na mfumo wa neva na vituo vya kupumua vya ubongo.

Kwanza, uamuzi wa ufahamu wa kushiriki katika mazoezi, au aina nyingine ya nguvu ya kimwili, husababisha kichocheo cha kisaikolojia ambacho kinaweza kusababisha vituo vya kupumua vya ubongo ili kuongeza uingizaji hewa. Aidha, vituo vya kupumua vya ubongo vinaweza kuchochewa kwa njia ya uanzishaji wa neurons za magari ambazo hazipatikani vikundi vya misuli vinavyohusika katika shughuli za kimwili. Hatimaye, exertion kimwili stimulates proprioceptors, ambayo ni receptors ziko ndani ya misuli, viungo, na tendons, ambayo hisia harakati na kunyoosha; proprioceptors hivyo kujenga kichocheo ambayo inaweza pia kusababisha vituo vya kupumua ya ubongo. Sababu hizi za neural ni sawa na ongezeko la ghafla la uingizaji hewa ambalo linazingatiwa mara moja kama zoezi linaanza. Kwa sababu vituo vya kupumua vinasukumwa na kisaikolojia, motor neuron, na pembejeo za proprioceptor katika zoezi, ukweli kwamba pia kuna kupungua kwa ghafla kwa uingizaji hewa mara baada ya zoezi kumalizika wakati msukumo huu wa neural unakoma, inasaidia zaidi wazo kwamba wanahusika kuchochea mabadiliko ya uingizaji hewa.

High urefu athari

Kuongezeka kwa urefu husababisha kupungua kwa shinikizo la anga. Ingawa uwiano wa oksijeni jamaa na gesi katika anga bado katika asilimia 21, shinikizo lake la sehemu hupungua (Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Matokeo yake, ni vigumu zaidi kwa mwili kufikia kiwango sawa cha kueneza oksijeni kwenye urefu wa juu kuliko urefu wa chini, kutokana na shinikizo la chini la anga. Kwa kweli, kueneza kwa hemoglobin ni chini kwa urefu wa juu ikilinganishwa na kueneza kwa hemoglobin kwenye usawa wa bahari. Kwa mfano, kueneza kwa hemoglobin ni takriban asilimia 67 kwenye futi 19,000 juu ya usawa wa bahari, ilhali inafikia takriban asilimia 98 kwenye usawa wa bahari.

Jedwali\(\PageIndex{1}\)

Shinikizo la sehemu ya oksijeni katika Urefu tofauti
Mfano eneo	Urefu (miguu juu ya usawa wa bahari)	Shinikizo la anga (mm Hg)	Shinikizo la kawaida la oksijeni (mm Hg)
New York City, New York	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike's Peak, Colorado	14,000	447	94
Denali (Mlima. McKinley), Alaska	20,000	350	73
Mlima. Everest, Tibet	29,000	260	54

Kama unakumbuka, shinikizo la sehemu ni muhimu sana katika kuamua kiasi gani gesi inaweza kuvuka utando wa kupumua na kuingia damu ya capillaries ya pulmona. Shinikizo la chini la oksijeni linamaanisha kuwa kuna tofauti ndogo katika shinikizo la sehemu kati ya alveoli na damu, hivyo oksijeni ndogo huvuka utando wa kupumua. Matokeo yake, molekuli chache za oksijeni zimefungwa na hemoglobin. Pamoja na hili, tishu za mwili bado hupokea kiasi cha kutosha cha oksijeni wakati wa kupumzika kwenye urefu wa juu. Hii ni kutokana na taratibu mbili kuu. Kwanza, idadi ya molekuli za oksijeni zinazoingia tishu kutoka damu ni karibu sawa kati ya usawa wa bahari na urefu wa juu. Katika usawa wa bahari, kueneza kwa hemoglobin ni ya juu, lakini robo tu ya molekuli za oksijeni hutolewa ndani ya tishu. Katika urefu wa juu, sehemu kubwa ya molekuli ya oksijeni hutolewa ndani ya tishu. Pili, katika urefu wa juu, kiasi kikubwa cha BPG kinazalishwa na erythrocytes, ambayo huongeza dissociation ya oksijeni kutoka hemoglobin. Jitihada za kimwili, kama vile skiing au hiking, inaweza kusababisha ugonjwa wa urefu kutokana na kiasi cha chini cha akiba ya oksijeni katika damu kwenye urefu wa juu. Katika usawa wa bahari, kuna kiasi kikubwa cha hifadhi ya oksijeni katika damu ya venous (ingawa damu ya venous inadhaniwa kama “deoxygenated”) ambayo misuli inaweza kuteka wakati wa kujitahidi kimwili. Kwa sababu kueneza oksijeni ni chini sana katika urefu wa juu, hifadhi hii ya vimelea ni ndogo, na kusababisha dalili za pathological za viwango vya chini vya oksijeni ya damu. Huenda umesikia kwamba ni muhimu kunywa maji zaidi wakati wa kusafiri kwenye miinuko ya juu kuliko ulivyozoea. Hii ni kwa sababu mwili wako itaongeza micturition (urination) katika miinuko ya juu ili kukabiliana na madhara ya viwango vya chini oksijeni. Kwa kuondoa maji, viwango vya plasma ya damu hushuka lakini si jumla ya idadi ya erythrocytes. Kwa njia hii, mkusanyiko wa jumla wa erythrocytes katika ongezeko la damu, ambayo husaidia tishu kupata oksijeni wanayohitaji.

Ugonjwa mkubwa wa mlima (AMS), au ugonjwa wa urefu, ni hali inayosababishwa na athari kali kwa urefu wa juu kutokana na shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni kwenye urefu wa juu. AMS kawaida inaweza kutokea katika mita 2400 (futi 8000) juu ya usawa wa bahari. AMS ni matokeo ya viwango vya chini vya oksijeni ya damu, kama mwili una shida kali kurekebisha shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni. Katika hali mbaya, AMS inaweza kusababisha edema ya mapafu au ubongo. Dalili za AMS ni pamoja na kichefuchefu, kutapika, uchovu, upepesi, usingizi, hisia za kuchanganyikiwa, kuongezeka kwa vurugu, na vidonda vya pua. Matibabu pekee ya AMS ni kushuka kwa urefu wa chini; hata hivyo, matibabu ya pharmacologic na oksijeni ya ziada inaweza kuboresha dalili. AMS inaweza kuzuiwa kwa kupanda polepole hadi urefu uliotaka, kuruhusu mwili kuimarisha, pamoja na kudumisha usawa sahihi.

acclimatization

Hasa katika hali ambapo kupanda hutokea haraka sana, kusafiri kwa maeneo ya urefu wa juu kunaweza kusababisha AMS. Acclimatization ni mchakato wa marekebisho ambayo mfumo wa kupumua hufanya kutokana na mfiduo wa muda mrefu kwa urefu wa juu. Kwa kipindi cha muda, mwili hubadilisha ili kuzingatia shinikizo la chini la oksijeni. Shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni kwenye urefu wa juu husababisha kiwango cha chini cha kueneza oksijeni cha hemoglobin katika damu. Kwa upande mwingine, viwango vya tishu vya oksijeni pia ni vya chini. Matokeo yake, figo huchochewa kuzalisha erythropoietin ya homoni (EPO), ambayo huchochea uzalishaji wa erythrocytes, na kusababisha idadi kubwa ya erythrocytes zinazozunguka kwa mtu binafsi katika urefu wa juu kwa muda mrefu. Kwa seli nyekundu za damu, kuna hemoglobin zaidi kusaidia kusafirisha oksijeni inapatikana. Ingawa kuna kueneza chini ya kila molekuli ya hemoglobin, kutakuwa na hemoglobin zaidi ya sasa, na hivyo oksijeni zaidi katika damu. Baada ya muda, hii inaruhusu mtu kushiriki katika jitihada za kimwili bila kuendeleza AMS.

Sura ya Mapitio

Kwa kawaida, vituo vya kupumua vya ubongo vinaendelea mzunguko thabiti, wa kupumua. Hata hivyo, katika hali fulani, mfumo wa kupumua lazima urekebishe mabadiliko ya hali ili ugavi mwili na oksijeni ya kutosha. Kwa mfano, matokeo ya zoezi kuongezeka kwa uingizaji hewa, na athari ya muda mrefu kwa matokeo ya urefu wa juu katika idadi kubwa ya erythrocytes zinazozunguka. Hyperpnea, kuongezeka kwa kiwango na kina cha uingizaji hewa, inaonekana kuwa kazi ya mifumo mitatu ya neva ambayo ni pamoja na kichocheo kisaikolojia, motor neuron uanzishaji wa misuli skeletal, na uanzishaji wa proprioceptors katika misuli, viungo, na kano. Matokeo yake, hyperpnea kuhusiana na zoezi imeanzishwa wakati zoezi huanza, kinyume na wakati mahitaji ya oksijeni ya tishu yanaongezeka.

Kwa upande mwingine, yatokanayo kwa papo hapo kwa urefu wa juu, hasa wakati wa jitihada za kimwili, husababisha viwango vya chini vya damu na tishu za oksijeni. Mabadiliko haya yanasababishwa na shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni hewani, kwa sababu shinikizo la anga kwenye miinuko ya juu ni ya chini kuliko shinikizo la anga kwenye usawa wa bahari. Hii inaweza kusababisha hali inayoitwa ugonjwa mkubwa wa mlima (AMS) na dalili zinazojumuisha maumivu ya kichwa, kuchanganyikiwa, uchovu, kichefuchefu, na uchovu. Kwa muda mrefu, mwili wa mtu utabadilisha urefu wa juu, mchakato unaoitwa acclimatization. Wakati wa acclimatization, viwango vya chini vya tishu vya oksijeni vitasababisha figo kuzalisha kiasi kikubwa cha erythropoietin ya homoni, ambayo huchochea uzalishaji wa erythrocytes. Kuongezeka kwa viwango vya erythrocytes zinazozunguka hutoa kiasi kikubwa cha hemoglobin ambayo husaidia kumpa mtu binafsi oksijeni zaidi, kuzuia dalili za AMS.

Mapitio ya Maswali

Swali: Kuongezeka kwa uingizaji hewa ambayo husababisha ongezeko la pH ya damu inaitwa ________.

A. hyperventilation

B. hyperpnea

C. acclimatization

D. apnea

Jibu: A

Swali: Zoezi linaweza kusababisha dalili za AMS kutokana na ipi ya yafuatayo?

A. shinikizo la chini la oksijeni

B. shinikizo la chini la anga

C. ishara isiyo ya kawaida ya neural

D. hifadhi ndogo ya oksijeni

Jibu: D

Swali: Ni ipi kati ya yafuatayo inayochochea uzalishaji wa erythrocytes?

A. AMS

B. viwango vya juu vya damu vya dioksidi kaboni

C. shinikizo la chini la anga

D. erythropoietin

Jibu: D

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Eleza mambo ya neural yanayohusika katika kuongezeka kwa uingizaji hewa wakati wa zoezi.

Kuna mambo matatu ya neural ambayo yana jukumu katika uingizaji hewa ulioongezeka wakati wa zoezi. Kwa sababu uingizaji hewa huu umeongezeka hutokea mwanzoni mwa zoezi, haiwezekani kwamba viwango vya oksijeni ya damu na dioksidi kaboni huhusishwa. Sababu ya kwanza ya neural ni kichocheo cha kisaikolojia cha kufanya uamuzi wa ufahamu wa kufanya mazoezi. Sababu ya pili ya neural ni kichocheo cha uanzishaji wa neuron motor na misuli ya mifupa, ambayo inahusika katika zoezi. Sababu ya tatu ya neural ni uanzishaji wa wamiliki walio katika misuli, viungo, na tendons zinazochochea shughuli katika vituo vya kupumua.

Swali: Nini utaratibu kuu unaosababisha acclimatization?

A. utaratibu mkubwa kushiriki katika acclimatization ni kuongezeka kwa uzalishaji wa erythrocytes. Kushuka kwa viwango vya tishu vya oksijeni huchochea figo kuzalisha erythropoietini ya homoni, ambayo inaashiria uboho wa mfupa kuzalisha erythrocytes. Matokeo yake, watu walio wazi kwa urefu wa juu kwa muda mrefu wana idadi kubwa ya erythrocytes zinazozunguka kuliko watu binafsi katika urefu wa chini.

faharasa

ugonjwa mkubwa wa mlima (AMS)

hali ambayo hutokea kutokana na yatokanayo na papo hapo kwa urefu wa juu kutokana na shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni

kuzoea mazingira

mchakato wa marekebisho ambayo mfumo wa kupumua hufanya kutokana na yatokanayo na sugu kwa urefu wa juu

hyperpnea

kuongezeka kwa kiwango na kina cha uingizaji hewa kutokana na ongezeko la mahitaji ya oksijeni ambayo haina kiasi kikubwa kubadilisha viwango vya oksijeni ya damu au dioksidi kaboni

hyperventilation

kuongezeka kwa kiwango cha uingizaji hewa ambayo inaongoza kwa viwango vya chini vya dioksidi kaboni damu na high (alkali) damu pH