**Anatomi/fysiologi **Respirasjonsbevegelsene **Energiomsetning **Regulering av respirasjonen **Diffusjonskapasitet **Lungefunksjonsdata **Treningspåvirkning
Respirasjonssystemet (respirasjon = puste) består av lungene og luftveiene. Hver eneste dag året rundt jobber lungene for å tilføre organismen oksygen (O2) fordi de fleste kroppsprosesser trenger oksygen, i tillegg skiller lungene ut karbondioksid (CO2) som er kroppens forbrenningsprodukt. Disse to luftartene må derfor hele tiden tilføres/fraktet bort fra organismen. Dette skjer gjennom lungene.
Luften vi puster inn består av 20,93% O2, 79,04% Nitrogen (N2) og 0.03% CO2. Nitrogen finner vi ikke kjemisk bundet i blodet , utåndingsluften er sammensatt av 4-5% CO2 og 15- 17%O2. Differansen er den mengden CO2 kroppen har produsert/mengden O2 kroppen har tatt opp.
ANATOMI/FYSIOLOGI
Lungene er et hult svampaktig organ som har form som en kjegle, de utfyller normalt hele brysthulen. Rundt hver lunge finnes det en hinne - lungesekken (pleura). Mellom lungene og brystkassen er det en væskefylt spalte som kalles lungespalten. Denne væsken gjør at lungene glir lett mot brystkassen når vi puster. Lungene er delt i store lapper, disse letter bevegelsene til lungene under respirasjonen. Venstre lunge har to lapper, mens høyre lunge har tre lapper. På grunn av naboskapet med leveren og hjertets stilling over mot venstre er høyre lunge kortere og bredere enn den venstre.
Luftrøret går over i to hovedbronkier (luftrørsgrener) som går inn i lungene, her deler de seg opp i mindre grener, disse grenene kalles bronkioler. Svarende til de største bronkiegrenene kan hver lungelapp deles opp i lungesegmenter - ti i høyre og åtte i venstre lunge.
Luftrøret og bronkiene består bl.a. av brusk og glatte muskler, bronkioler med en diameter på mindre enn 0.5 mm er bruskfrie. Bronkiene og bronkiolene er innvendig kledd av slimhud med flimmerhår. Dette hjelper til med å holde bronkiene frie for støv og bakterier.
Grenene fra en bronkiol danner sammen med de tilhørende lungeblærer en smålapp (lobolus), Innenfor en smålapp deler en bronkiol seg i 5-7 bronkioler, hver av disse deler seg videre til mindre grener som kalles respiratoriske bronkioler. Endene av de respiratoriske bronkioler består av alveoler (lungeblærer). Rundt alveolene sitter det et nettverk av kapillærer (tynne blodårer). Både alveolveggene og kapillærene består bare av et enkelt cellelag. Dette betyr at gasser bare må passere to lag flate celler som igjen fører til at gasser lett utveksles mellom luften og blodet. Lungene består av ca. 300 millioner alveroler, og deres samlede overflate er 60-100 m2.
RESPIRASJONSBEVEGELSENE
Respirasjonen består av to faser; inspirasjon (innånding) og ekspirasjon (utånding). Inspirasjonen varer kortere tid enn ekspirasjonen, forholdet er 1:2. Inspirasjonen kommer i stand ved at diafragma (mellomgulvet) og kontraherer seg. Diafragma er den viktigste inspirasjonsmuskel, når denne trekker seg sammen øker brysthulens volum på bekostning av bukhulen. Bukinvollene lar seg ikke presse sammen dette fører til at bukveggen utvides samtidig som bukmusklene slappes. Vi kaller det abdominal (buk) respirasjon.
Ved bryst respirasjon er det hovedsakelig mm. intercostales externi og interni (ytre/indre mellomribbemuskler) som utvider brysthulen. Brystet kan utvide seg mellom 7-10 cm ved dyp inspirasjon. I hvile foregår 70-80% av volumet som bukrespirasjon. Ekspirasjonen innledes ved at diafragma og intercostalmusklene slappes. Ved et rolig åndedrett skjer dette helt passivt.
Når respirasjon blir over 50 l/min blir flere muskelgrupper aktive - aksessoriske respirasjonsmuskler, ved inspirasjon vil foruten diafragma og ytre og indre mellomribbemuskler både sternocleidomastoideus, serratus posterior superior og inferior, thoracaldelen av erector spinae, pectoralis major og minor, og lattisimus dorsi delta. Ved ekspirasjon vil bukmusklene og lattisimus dorsi delta. For at aksessoriske respirasjonsmuskler skal bevege brystkassen må deres andre festepunkt være fiksert. Dette krever at andre muskelgrupper kontraherer seg.
Hold (sting) kan komme av at diafragma får for lite oksygen. En teori er at smertene stammer fra melkesyreopphopning i diafragma.
ENERGIOMSETNING
Blodforsyningen til lungene kommer fra to kilder; lungearteriene og deres grener følger bronkiegrener inn i lungevevet, og bronkialarteriene - små arteriegrener fra aorta som bl.a. forsyner bronkieveggene, blodårene i lungene og lungesekken med næringsstoffer. I hvile krever respirasjonen ca. 1% av oksygenopptaket, under hardt arbeide kan respirasjonen kreve opptil 12% av oksygenopptaket.
REGULERING AV RESPIRASJONEN
Regulering av respirasjonen styres fra respirasjonssenteret i hjernen. Normalt foregår respirasjonen automatisk, dette skyldes tilstedeværelsen av CO2 i blodet. Hvis vi holder pusten vil CO2 hopes opp i blodet og irritasjonen av respirasjonssenteret vil bli så kraftig at vi må puste til tross for sterk viljeanstrengelse. Ved hard arbeide vil CO2 konsentrasjonen i blodet være stabil. Økningen av ventilasjonen under hardt arbeid kommer av at sensoriske fibre fra den arbeidende muskulatur øker respirasjonssenterets følsomhet.
DIFFUSJONSKAPASITETEN TIL LUNGENE
I hvile har arterielt blod en oksygenmetning (saturation - Sa) på over 95%, dette betyr at oksygen bindes til nesten alt hemoglobinet når blodet passerer lungene. Selv under hard arbeide er oksygenmetningen høy (93-95%). Oksygenmetningen er lavere ved arbeid i store høyder. Ved kortvarig maksimalt arbeide < 8 min kan kontakttiden mellom alveolblærene synke fra 0.8 til 0.3 sekunder, dette kan føre til redusert oksygenmetning (desaturation).
Under lett arbeid trenger lungene ca. 20l/min luft for hver liter oksygen som tas opp, forholdet mellom disse variablene kalles ventilatorisk koeffisient (VE/VO2). Under hardt arbeid må VE/VO2 stige til 25-35-(40)l/min for at oksygenmetningen skal opprettholdes. Dette betyr at et utøver med 5,5l i maksimalt oksygenopptak vil ha en ventilasjon (puste) mellom 138-193 l luft på 1. minutt.
Noen utøvere øker ikke VE/VO2 mer enn 20-25l/min, dvs. at de ikke viser «normal» hyperventilasjon ved tungt muskelarbeid. Høy ventilasjon er energikrevende, spesielt kraftig hyperventilasjon. Ved å «spare» på ventilasjonen kan vi redusere den totale energiomsetningen, men prisen er at hjertet må gjøre et større arbeid. Et redusert oksygeninnhold i blodet (arteriel desaturation) må kompenseres med at hjertet pumper mer blod. Dette er ikke ikke vanlig ved havsnivå.
Hva er best ? Å hypoventilere og la hjertet kompensere, eller å hyperventilere med økt oksygenopptak til respirasjonsmuskulaturen ?
Svaret er ikke helt klart, men hjertet har en øvre grense for sin kapasitet, det er derfor ikke mulig å kompensere for et lavt oksygeninnhold i blodet ved tunge belastninger.
Det er derfor mest sannsynlig at idrettsutøvere handikappes av å underventilere.
Lungenes diffusjonskapasitet er hos de fleste friske personer ingen begrensning for utholdenheten, men det kan være det for personer som røyker eller personer som har astma. Lungenes øvre grense for transport av oksygen er 80-100 ml kg-1 min-1. Dette betyr at lungene fungerer nær sin øvre grense for transport av oksygen for meget godt trente utøvere. Lungene kan altså være en begrensende faktor for enkelte meget godt trente personer hvis oksygenopptaket er høyere enn lungenes kapasitet for transport av oksygen.. Grunnen til dette er at lungenes kapasitet av oksygentransport fra lungealveolene til hemoglobinet ikke påvirkes av trening.
LUNGEFUNKSJONSDATA
Lungefunksjonsdata kan deles opp i statiske og dynamiske størrelser. Forskjellen mellom disse størrelsene er at tidsfaktoren ikke spiller noen rolle i statiske ventilasjonsstørrelser, mens den gjør det i dynamiske ventilasjonsstørrelser.
Statiske lungefunksjonsstørrelser består av:
Tidalvolum (VT)
Er mengden luft vi puster inn og ut i hvert åndedrag. Tidalvolumet er i hvile ca. 0,5 l, ved hardt arbeid stiger VT opp til 60% av vitalkapasiteten dvs. opp til 3.3l for en utøver med 6l i vitalkapasitet. Under arbeid er det gunstig å øke VT i stedet for respirasjonsfrekvensen.
Inspiratorisk reservevolum (IRV)
Er mengden luft vi kan puste inn etter maksimal inspirasjon. IRV + VT er normalt 70% av vitalkapasiteten.
Ekspiratorisk reservevolum (ERV)
Er mengden luft vi kan puste ut etter maksimal ekspirasjon.
Residualvolum (RV)
Er mengden luft som er igjen i lungene etter maksimal ekspirasjon. Residualvolumet er ca. 20-25% av TLK, men RV øker i alderen 30-60 år til 30-35% av totalkapasiteten.
Vitalkapasiteten (VC) finner vi hvis vi legger sammen TV, IRV og ERV. VC er luftvolumet
som kan pustes ut etter maksimal innånding. Vitalkapasiteten er størst i stående stilling. Ved liggende/sittende stilling synker VC med 5/10%. Gjennom trening kan vitalkapasiteten øke med 15-30%. VC i 60 års alderen er bare 50% av hva den var som 20-30 åring. Årsaken til dette er bl.a. at lungene blir mindre elastiske og at brystkassen blir «stivere». Vitalkapasitet over 7/5 l (M/K) regnes som høyt. Den høyeste verdien som er målt er 9l hos en roer. VC er vanligvis 0.5-1 l høyere enn det maksimale oksygenopptaket
Total lungekapasitet (TLK) = Residualvolum + vitalkapasitet.
Alle lungeparametre nevnt over er avhengig av både kjønn, alder, høyde, vekt og treningstilstand. Kvinner har 10-15% lavere lungevolum en menn med samme alder og størrelse. Høye og kraftige personer har høyere verdier enn lave lette personer, lungevolumet synker ved økende alder, og godt trente personer har høyere verdier enn utrente.
Maksimalt inspirasjons/ekspirasjonstrykk (mmHg)
Inspirasjons/ekspirasjonstrykk er et mål for respirasjonsmuskelfunksjonen.
Tabell 1. Lungefunksjonsparametre til friske 20-30* åringer.
Menn Kvinner
Tidal volum 600 500
Ekspiratorisk reservevolum 3600 2400
Ekspiratorisk reservevolum 3000 1900
Vitalkapasitet 4800 3200
Residual volum 1200 1000
Total lungekapasitet 6000 4200
* Kroppsoverflate 1.7/1,6 m2
Dynamiske lungefunksjonsstørrelser består av:
Forsert ekspiratorisk volum (FEV1)
Er volumet vi kan puste ut på 1 sekund. Vanligvis kan ca. 85% av vitalkapasiteten pustes ut på 1. sekund. For idrettsutøvere er ofte FEV1 til 70-75% av vitalkapasiteten. FEV1 kan også benyttes til å påvise om en person har normal lungefunksjon, FEV1 under 70% av VC kan indikere nedsatt lungefunksjon.
Maksimal voluntær ventilasjon (MVV)
Er maksimal ekspirasjon og inspirasjon i 15 sekunder multiplisert med 4.
Ekspiratorisk maksimalstøt. (PEF)
Er luftmengden etter en maksimal kort utånding. Denne testen kan også være med på å påvise nedsatt lungefunksjon, hvis PEF verdien synker med mer enn 15 % etter en submaksimal belastning på 5-6 minutter kan dette indikere nedsatt lungefunksjon.
Respirasjonsfrekvens (BR)
Er antall ganger vi puster ut og inn på 1. minutt. I hvile er BR vanligvis 12-16 p.r. minutt. Barn puster oftere (20-25) p.g.a. lavt tidalvolum. Under hardt arbeid kan BR øke opp til 40- 60 -(70) (barn) p.r. minutt. Ved meget høy BR (hyperventilering) vil som regel TV synke. Respirasjonen blir da lite effektiv fordi luften ikke rekker å komme skikkelig ned i lungene (kontakttiden mellom luften og hemoglobinet kan bli for kort). BR kan også brukes til å indikere hvor maksimal laktat steady state (maxlass) er. Ved arbeid over maxlass vil BR stige slik at man ofte kan høre på respirasjonsfrekvensen når en person arbeider med en intensitet over maxlass.
Minutt ventilasjonen (VE)
Er tidalvolumet multiplisert med respirasjonsfrekvensen. I hvile puster vi gjennom nesen, men når ventilasjonen stiger til over 50l/min må pustingen foregå gjennom munnen. Motstanden ved pusting gjennom nesen er 2-3 ganger høyere enn pusting gjennom munnen. Pusting gjennom nesen innebærer en rekke fordeler bl.a. blir kald/varm luft temperert, den fungerer som et filter for fremmedlegemer, og luften får ideell fuktighet. Minuttventilasjonen stiger lineært med intensiteten opp til maxlass, ved arbeid over maxlass vil VE øke eksponensiellt. VE stiger proporsjonalt med oksygenopptaket opp til 50 % av maks kapasitet. Ved høy belasting stiger VE uproporsjonalt, dette fører til at ventilasjonen blir «uøkonomisk». Ventilasjonen under maks belastning er ofte 120-180l hos mannlige idrettsutøvere, men verdier over 200l er ikke uvanlig hos storvokste personer. Kvinner har vanligvis en VE på 80-140 l under maks belastning
Ventilatorisk koeffisient. (VE/VO2)
Er minuttventilasjonen dividert på oksygenopptaket i l min-1. I hvile trenger vi ca. 28 l for å ta opp 1l oksygen. Ved økende belastning synker VE/VO2 . Ved ca. 50% av maksimalt oksygenopptak er VE/VO2 på sitt laveste (ca. 20, aerob terskel). Ved økende belastningsintensitet øker VE/VO2 . Ved en VE/VO2 på ca. 25 arbeider vi omkring maxlass.
Størrelsen på alle lungeparametrene nevnt over er ikke spesielt viktig for prestasjonsnivået i idrett, men for å ha et maksimalt oksygenopptak på 4 liter eller mer må man ha minst 4.5 liter i vitalkapasitet.
TRENINGSPÅVIRKNING AV LUNGENE
Diffusjonskapasiteten til lungene påvirkes ikke av trening, dette betyr at lungene tar opp like mye oksygen hos utrente som hos godt trente ved en gitt ventilasjon.
Trening fører til en økonomisering av ventilasjonen, dette innebærer en rekke fordeler:
1. Godt trente personer bruker kortere tid på å tilpasse ventilasjonen til det som kreves ved en
gitt belastning.
2. Hos trente personer vil ventilasjonen raskere gå tilbake til hvilenivå etter belastning.
3. Godt trente personer kan opprettholde en høy ventilasjon over lengre tid, og det «koster mindre» enn hos utrente.
4. Hos godt trente stiger ventilasjonen mer som en følge av økt tidalvolum enn økt respirasjonsfrekvens.
5. Ved dyp respirasjon vil det « anatomiske døde rom» (1/3 av luften i hvile, 5% hard belastning) dvs. munn, luftrør osv. hvor ingen gassutveksling finner sted bli mindre slik at alveolene får mer «frisk luft».
6. Godt trente personer har lavere ventilasjon og ventilasjonskoeffisient ved moderate og submaksimale belastninger.
7. Hypertrofi av respirasjonsmuskulaturen intercostales externi (bryst respirasjon) og diafragma (buk respirasjon). Dette fører til at respirasjonen kan utføres mer økonomisk, pustingen blir også dypere (økt TV).
© B.V.N. 1994.
LITTERATUR Asmussen,E.,Nielsen,M.,(1987). Lærebog i menneskets fysiologi. Badtke,G.,(1989). Sportmedizinische Grundlagen. Körpererziehung und Training. 2.überarbeitete Auflage. Bahr,R.,Hallèn,J.,Medbø,J.I.,(1992). Testing av idrettsutøvere. Forsberg,A.,Saltin,B.,(red.)(1988). Konditionsträning i teori och praktik. Forsberg,A.,Saltin,B.,(red.)(1984). Styrketräning. Zintl,F.,(1988). Ausdauertraining. Grundlagen, Methoden, Trainingssteuerung.