Hvad er vejrtrækning?

At trække vejret er noget du gør hele tiden, hver dag, og helt uden at tænke over det. Bortset fra nu, hvor du lige har læst den første sætning. Vores liv ville være fuldstændig anderledes opbygget, hvis vi ikke kunne indånde luften – mere teknisk, hvis vi ikke kunne anvende ilt.

Ser du, din krop afhænger, ligesom andre hvirveldyr, af ilt for at holde gang i den aerobe metabolisme. Nogle af de kropslige processer kan foregå uden ilt, men for virkelig at drage fordel af den mad vi spiser, er vi nødt til at kunne optage og anvende ilt. Det betyder at vi på et tidspunkt bliver nødt til at kunne hive ilten ud af luften, få den ned igennem halsen og ind i de røde blodlegemer. Denne biologiske proces er virkeligheden afhængig af fysik. Så de idealgaslove og trykteorier vi lærte i gymnasiet, udspiller sig faktisk på besynderlig vis, i den simple måde vi trækker vejret på.

Så træk vejret ind og pust ud, og gør dig klar på at blive klogere på åndedrættet.

Blod

Du tænker nok, at blod bare er en slags væske vi har i kroppen, som kommer til syne hvis vi skærer os i fingeren eller får taget blodprøver. Men blod er faktisk en samling af mange forskellige stoffer, med vidt forskellige opgaver fra opretholdelse af immunsystemet, bekæmpelse af sygdomme, transport af nærings- og affaldsstoffer og mange flere. Mest interessant i denne sammenhænge er dog de røde blodlegemer (erythrocytter), der udgør ca. 40% af blodmassen, eller ca. 250 mio. celler pr. dråbe blod. Så hvad gør de røde blodlegemer egentlig?

De her mikroskopiske, baderings-formede celler er bløde og bøjelige og har kun én opgave – at transportere ilt via blodet rundt til hele kroppen. Deres små størrelser er en god ting, fordi de skal kunne mase sig igennem de mindste blodkar i kroppen, uden at stoppe dem til. Røde blodceller kan transportere ilt, fordi de indeholder et protein der kaldes hæmoglobin. Proteinet består af jern (hæm-delen) og fire globinproteiner. Iltmolekyler binder sig til proteinerne, og på den måde tomler sig til en tur gennem blodbanerne. Alle disse jernmolekyler er med til at give blod dets karakteristiske røde farve. Disse røde blodlegemer er fuldstændigt optimerede til at blive iltede. (1)

Hos pattedyr har røde blodlegemer ingen cellekerne, hvilket frigør mere plads til hæmoglobinet, og deres baderingsform tillader mere overfladeareal, hvor ilten kan sive igennem. Derudover har ilt en tendens til at binde sig til hæmoglobinet på en måde således, at når et iltmolekyle sidder fast, bliver det lettere for flere molekyler at hoppe med. Eftersom de iltede røde blodlegemer pumpes gennem blodkarrene, smider de noget af ilten af hist og her ved aktive væv eller hvor der nu end er brug for det.

Lunger

Vi ved nu, at ilten er en af hovedkomponenterne i vejrtrækningen og åndedrættet. Ilten er overalt omkring os, så de eneste vi skal gøre, er at pille den ud af den luft vi indånder. Det er her åndedrætsorganerne – lunger og hjerte – kommer på bane.

Du kender måske allerede de to store spillere her, nemlig lungerne. Vi har to af disse svampede, lyserøde luftsække, der strækker sig fra maven til brystbenet i hele brystkassen. Imens de er meget magen til hinanden, er de ikke helt identiske.

Din højre lunge består af tre labber, mens den venstre kun består af to. Det er fordi dit hjerte hviler mellem lungerne, lidt skævt placeret mod venstre i en lille indhak. Nedenunder alt dette finder vi den her underligt formede, lidt runde, lidt kuppelagtige muskel kaldet diafragma. (2)

Denne muskel er en stor del af vores vejrtrækning. Ser du, dine lunger har ingen muskler selv, de følger blot med bevægelserne i brystkassen.

Når diafragma trækker sig sammen med musklerne mellem ribbenene, udvides volumen (eller rummet) i brysthulen. På den måde ændres trykforholdene i lungerne, eftersom volumen og tryk er omvendt afhængige af hinanden. Altså, når volumen i lungerne stiger, bliver trykket på alle luftmolekylerne mindsket, og omvendt, når volumen falder, stiger trykket. Og ja, det virker måske skræmmende at fysik viser sig i et blogindlæg om beskrivende anatomi, men bevægelsen af den livsnødvendige ilt afhænger af trykforskelle. Det er fordi vores lunger kan ses som en form for gasbeholder. (3)

Når diafragma trækker sig sammen og udvider brysthulens volumen, er der mindre tryk på luften inde i lungen ift. luften uden for kroppen. Her kommer en anden lov fra fysikkens verden ind i billedet. Når der er en trykforskel mellem to gasser, vil deres tryk blive udlignet. Det betyder, at én gas vil bevæge sig fra et sted hvor trykket er højt, til et sted hvor trykket er lavt.

Så med et lavere tryk inde i lungen, og et konstant tryk i luften uden for kroppen, vil lungerne fyldes med luft. Det modsatte sker når du ånder ud – diafragma og ribbensmusklerne slapper af, trykket i lungerne stiger og luften flyder ud igen. (4)

Vores almindelige vejrtrækning har altså intet at gøre med at suge luften ind og puste den ud. Vi lader simpelthen bare fysikken gøre sit arbejde i vores lunger.

Fra luft til lunge

Men det hele afhænger jo af at vi kan overføre ilten fra luften til lungerne og videre til resten af kroppen. Her spiller din næse og mund hovedrollerne. De er de store ydre indgange fra luften til vores åndedrætsorganer, og de arbejder begge som luft-behandlingscentre. De holder luften varm og fugtigt, og fanger alle ubudne støvpartikler og pollen, før de kommer for langt. (5)

Efter luften er kommet ind, flyder den ned igennem bruskagtige rør, forbi strubehovedet og stemmebåndene. Herfra og videre ligner luftvejene på det nærmeste et omvendt træ.

I dette tilfælde er træstammen (eller luftrøret) en tyk tube af epitelvæv omgivet af c-formede bruskringe. Omkring midten af brystbenet dele det sig i to bronkier, og bliver ved med at dele sig længere og længere ud gennem lungen, indtil de bliver til små kviste (eller bronkioler). Hver eneste af de millimetertykke bronkioler har alt fra to til elleve blade (eller alveoler).

Alveolerne fungerer med gasser næsten på samme måde som rigtige blade fungerer med kuldioxiden omkring dem. Det er i virkeligheden først her, hvor alveolerne i millionvis begynder at arbejde sammen med vores fysiologi. (6) Alveolerne er nemlig belagt med meget tynde vægge, og der er omkranset af et meget fint net af blodkar kaldet kapillærer, som også har meget tynde vægge. For at vi kan få ilten ind og kuldioxiden ud, skal disse gasmolekyler kunne krydse barrieren. Husk, det er ikke tykke betonvægge vi taler om her. De er bløde, mobile celler der altid kan tillade stoffer at komme igennem. Men det er gasmolekyler der skal igennem. De svømmer ikke aktivt i væsken mellem alveole og kapillær. Så hvordan krydser de vejen?

Det lader sig gøre takket være diffusion, et koncept fra fysik, som du nok allerede kender fra en parfume eller deodorant. Først er koncentrationen af gas størst på det sted hvor parfumen er kommet ud af dåsen – duften er stærkest her. Men efterhånden som gassen breder sig ud i rummet, kan folk længere væk også dufte parfumen, selvom duften er svagere her. På samme måde som parfumen spredes jævnt gennem rummet, diffunderes ilten igennem cellemembranen, men det kommer med nogle udfordringer.

En af udfordringer kommer af, at ilten skal transformeres fra en gas (atmosfæren) til en væske (blodet). Alle luftmolekylerne skal således kunne opløses i dit blod, hvis det skal kunne transporteres rundt i kroppen. F.eks. er kuldioxid meget opløseligt i væsker, imens kvælstof (bogstaveligt talt 80% af luften) ikke er særlig opløseligt. Ilt er i sig selv heller ikke særlig opløseligt, men det drager fordel af grunden til gassers bevægelse, nemlig trykforskel.

Som beskrevet ovenfor, vil gas altid søge derhen, hvor der ikke er så meget af det. Så hvis du havde lige store mængder ilt i alveolerne og i kapillærerne, ville ilten ikke bevæge sig over membranen. Men når vi undersøger bevægelsen af opløste partikler mellem gas og væske, skal vi sammenligne de forskellige del-tryk (partialtryk), som hver enkelt gasart har.

Lufttryk opstår ved, at en samling forskellige gasser kolliderer og bumper sammen inden for væggene i deres beholder. Nå vi måler de kræfter gasserne støder sammen med, kan vi beregne trykket. Når de bumper hurtigere og hårdere sammen er trykket højere – når det går langsomt er trykket lavt.

Hvis du fjerner nogle af gaspartiklerne fra beholderen, ændrer du det generelle tryk, eftersom de molekyler der bidrog til kollisionerne, er væk. Og igennem matematikken ved vi, at så længe vi kender koncentrationen af gasserne i beholderen, og volumen ikke ændrer sig, kan vi beregne hvor meget den enkelte gas bidrager til det overordnede tryk.

I den virkelige verden består luften i alveolerne af flere forskellige gasser – mest kvælstof, men også ilt, vanddamp og kuldioxid. Partialtrykket af hver gas driver gasudvekslingen i hele kroppen! Derfor den lange forklaring om tryk.

Ilt er ikke en person! Det kan ikke bevæge sig fra et sted til et andet, fordi det lige har lyst til det – det følger bare med strømmen.

Opsummering

For at illustrere den bedste måde at opsummere alt det, du lige har læst, så lad os tage luftens tur igennem kroppen.

Du trækker vejret ind. Luften strømmer fra atmosfæren ind gennem din næse og mund ned til lungerne, hvor den følger forgreningerne ud til alveolerne. Her er partialtrykket af ilt lige pludseligt højere end i kapillærerne, og med trykforskellen flyder ilten fra lungen og ind i blodbanen. Her binder ilten sig til hæmoglobinet i de røde blodlegemer, og bliver transporteret rundt i kroppen til iltsultne væv. Når blodet når til vævet, ser vi trykforskellen komme på banen igen.

Det er det partielle tryk i vævet, som er lavere end i blodet således, at ilten overføres fra blod til væv. Vævet forbruger ilten som en del af den metaboliske proces, og producere kuldioxid som resultat. For at komme af med kuldioxid, smider vævet det ind i blodbanen (igen, fordi trykket er lavere i blodet).

Det er ikke så råt som det lyder, men uanset hvad er der nu kuldioxid på vej tilbage mod lungerne via blodet. Når blodet er kommet tilbage til lungerne, er kuldioxidens partialtryk højere i blodet end i alveolerne, så det flyder ud igen. Og således er ilten kommet ind; kuldioxiden kommet ud; og vi fortsætter med at leve.

Referencer

1. Vyberg M. Patologi og farmakologi. Munksgaard; 2016.

2. Tranum-Jensen J, Simonsen EB, Bojsen-Møller F. Bevægeapparatets anatomi. Kbh.: Munksgaard; 2014.

3. How the Lungs Work | National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) [Internet]. [henvist 1. juli 2020]. Tilgængelig hos: https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/how-lungs-work

4. Respiratory System: Facts, Function and Diseases | Live Science [Internet]. [henvist 1. juli 2020]. Tilgængelig hos: https://www.livescience.com/22616-respiratory-system.html

5. Schibye B, Klausen K. Menneskets fysiologi: hvile og arbejde. Kbh.: FADL; 2012.

6. Anatomy of the Respiratory System – Health Encyclopedia – University of Rochester Medical Center [Internet]. [henvist 1. juli 2020]. Tilgængelig hos: https://www.urmc.rochester.edu/encyclopedia/content.aspx?contenttypeid=85&contentid=P01300