4 TRÆK VEJRET
Træk vejret Ilt, blodkredsløb og kondition
5
4 TRÆK VEJRET
Træk vejret Ilt, blodkredsløb og kondition
5
TRÆK VEJ RE T 5
Tag en dyb indånding. Myriader af ilt molekyler danser i dette øjeblik ubesværet igennem lungernes enorme indre overflade og ind i dit blod. Ilt er afgørende for celler nes energiproduktion, og evnen til at optage og fordele ilt til alle celler sætter en grænse for dyrs størrelse og præstationsevne. Dette kapitel handler om, hvad ilten skal bruges til: Hvordan den optages i blodet og fordeles i kroppen, og hvad der sker, når kroppen arbejder. Det handler også om, hvordan kroppens præstationsevne kan forbedres gennem træning, og hvad det vil sige at være i god form. Når en menneskekrop i god form kan klare så store fysiske udfordringer, er det fordi, det var afgørende for de tidlige menneskers overlevelse i det østlige Afrika for 200.000 år siden. Vores kredsløb er imidlertid ikke optimeret til moderne vestlig livsstil, og det ses blandt andet i høje forekomster af hjertekarsygdomme.
Når du har læst dette kapitel, vil du: ■ Vide,
hvad celler skal bruge ilt til ■ Forstå, hvorfor store flercellede dyr har brug for et system, der fordeler ilt til alle celler ■ Vide, hvad blod består af ■ Forstå, hvordan blodkredsløb, hjerte og lunger virker ■ Vide, hvad der sker i kroppen under et fysisk arbejde, og hvad træning gør ved kroppen ■ Kunne forklare baggrunden for nogle hjertesygdomme
6 TRÆK VEJRET
5.1
Celler skal bruge ilt Forestil dig et iltmolekyle (O2) i luften foran dit ansigt. Det farer rundt mellem luftens andre molekyler, støder af og til ind i dem og ændrer retning, som en kugle i et spil billard. Et undertryk suger pludselig molekylet ned i dine lunger. Det kastes rundt i en turbulent luftstrøm på sin vej igennem luftrør, bronkier og bronkioler, inden det ankommer til et af lungernes alleryderste små rum: en alveole. Iltmolekylet har kurs mod alveolens væg, men er så lille, at det uhindret passerer væggen og ind i en kapillær – et mikroskopisk blodkar, der smyger sig tæt omkring alveolen. Inde i blodbanen indfanges iltmolekylet af hæmoglobin og bæres med blodstrømmen. Kapillærerne forenes i større og større blodkar på vejen mod hjertet, og med ét ankommer iltmolekylet til hjertets venstre forkammer gennem lungevenen. Forkammeret trækkes sammen, og blodet passerer ned i venstre hjertekammer. Kort tid efter ankomsten trækkes venstre hjertekammers kraftige muskulatur sammen, og iltmolekylet presses med stor kraft ud i hovedpulsåren, aorta, og transporteres i kraftfulde ryk igennem de store arterier og videre igennem de mindre arterioler. Efterhånden afløses rutchebaneturen af et roligt flow, da iltmolekylet igen befinder sig i en meget smal blodåre, en kapillær. På den anden side af kapillærvæggen er en muskelcelle på arbejde, og horder af kuldioxidmolekyler (CO2) kommer dansende ind i kapillæren fra muskelcellen. Hæmoglobinet skifter facon og slipper iltmolekylet fri. Det kastes først rundt på må og få, men dykker hurtigt gennem kapillærvæggen og igennem muskelcellens cellemembran og kommer ind i cytoplasma, hvor myoglobin venter. Bundet til et myoglobin-molekyle suser iltmolekylet videre ind i cellen og sættes af ved et mitokondrie. Inde mitokondriet går det stærkt. Iltmolekylet splittes i to iltatomer, der hver indfanger to elektroner (e-) og to hydroner (H+) og bliver til et vandmolekyle (H2O). Imens dannes ATP-molekyler af et enzym, der sidder fast i mitokondriets inderste membran.
Ilt er et effektivt forbrændingsmiddel Nu har du fulgt et iltmolekyle på dets rejse ind i et menneskes åndedrætsorgan og videre igennem blodet hen til destinationen: cellens mitokondrier. Hvad er årsagen til, at kroppen har udviklet et så komplekst system som blodkredsløbet? Hvorfor er det så vigtigt at bringe ilt rundt til enhver af organismens celler? Svaret er, at ilt er et meget effektivt middel til at udvinde energi fra den næring, vi indtager; vi bruger det til at forbrænde maden med. Når man lægger brænde i en brændeovn og øger temperaturen tilstrækkeligt, går en forbrænding i gang. Ved hjælp af luftens ilt spaltes træets kulstofforbindelser til kuldioxid og vand, og der frigives energi i form af lys og varme. Hvis man fjerner ilten, fx ved at lukke helt for lufttilførslen, stopper forbrændingen. Kroppens celler udvinder også energien i kulstofholdige forbindelser ved hjælp af ilt, men processen foregår trinvist, og det er enzymer i cellernes cytoplasma og i mitokondrierne, der styrer de enkelte trin. Processen kaldes respiration og er nærmere beskrevet i kapitel 4. Vi vil nu se nærmere på energiudbyttet fra respirationen, for at forstå, hvordan cellerne lagrer og anvender kemisk energi fra maden.
5.1 Brændende jordnød. Jordnødder er meget energirige og kan udvikle en del varme, hvis de antændes. I kroppen foregår der en anden type forbrænding, idet enzymer kan udvinde den kemiske energi bundet i jordnøddens fedtstoffer, kulhydrater og proteiner og lagre denne energi i ATP-molekyler.
TRÆK VEJ RE T 7
Energi fra respiration af mad
Energi til energikrævende processer
ATP
+ P ADP
5.2 ATP-ADP-cyklus hos et dyr, fx et menneske. ATP (adenosintrifosfat) er den ’møntenhed’fig05-02.ai , der betales med, når celler udfører energikrævende processer. Når cellen respirerer, flyttes energien fra kosten til ATP-molekyler, der fungerer som et energilager (rød pil). Når ATP senere forbruges, fraspaltes en fosfatgruppe (P), og Meter ADP (adenosin-difosfat) gendannes. Fraspaltning af fosfatgrup2,0
pen frigiver energi, som cellen kan bruge til energikrævende processer (orange pil) – bl.a. aktiv transport og opbygning af store molekyler som DNA og protein fra mindre byggesten. Hos dyr er sammentrækning af muskelceller den største ATP-sluger, og du omsætter selv adskillige kilo ATP hver dag!
Energi lagres i ATP
Ilt gav livet nye muligheder
1,5
Hvis vi kigger på en celles forbrænding af et glukosemolekyle i respirationsprocessen, ser det overordnede energiregnskab således ud: 1,0
6 O2+ C6H12O6 + 30 (ADP+P) g 6 H2O+ 6 CO2 + 30 ATP 0,5 Den energi, der frigives i respirationen, bliver i dine celler lagret i molekylet ATP (som er en forkortelse for adenosin-trifosfat). Herfra kan energien frigives igen, 0 når der er behov for brændstof til energikrævende pro0 0,5 cesser (se fig. 5.2). Jo mere ivrigt forbrændingsmidlet er efter at modtage elektroner, jo mere energi kan der hentes ud af maden, og jo større bliver ATP-udbyttet. Ilt er meget villigt til at modtage elektroner og er derfor et meget effektivt forfig05-04a.ai brændingsmiddel (læs evt. mere om elektronegativitet i din kemibog). Der er ca. 21 % ilt i den luft, du indånder, og derfor er din krop i stand til at producere al den ATP, du har brug for – så du fx kan tage en løbetur, når du er færdig med at læse.
Organismer, der ånder med ilt, får et stort ATP-udbytte i respirationsprocessen. Men som du kan læse mere om i kapitel 12, har der har ikke altid været ilt i Jordens atmosfære. I store dele af Jordens tidlige historie var livet afhængigt af andre og mindre effektive forbrændingsmidler som fx visse svovl- og jernforbindelser. Det begrænsede livets udfoldelsesmuligheder, fordi store og aktive organismer skal bruge meget ATP. Først da iltindholdet begyndte at stige, var der grundlag for udvikling af større og mere energikrævende livsformer. 1,0 2,0 Meter De ældste1,5dyrefossiler er knapt 600 millioner år gamle, men de første simple dyr har formodentlig levet på havbunden allerede for 700-800 millioner år siden, hvor havets iltindhold var 1-2 % af, hvad det er i dag. En stigning i iltindholdet har sandsynligvis været en medvirkende årsag til, at dyrene for omtrent 540 millioner år siden gennemgik en enorm udvikling kaldet ”den kambriske eksplosion”. Over en relativt kort periode på 20-25 millioner år blev havene fyldt med et mylder af forskellige livsformer. Med mere ilt i vandet kunne nye dyrearter forlade det stille liv på havets bund til fordel for et mere aktivt liv i vandsøjlen. Det koster meget energi at bevæge sig, men det øgede iltindhold betød, at dyrene nu kunne producere ATP nok til, at det blev muligt at vokse sig større og at jagte og spise hinanden (se fig. 5.3).
8 TRÆK VEJRET
Korsetdyret fra ”helvede på Jord”: Et flercellet dyr, der lever uden ilt På bunden af de næsten 4 km dybe saltvandsbassiner i Middelhavet syd for Peloponnes er temperaturen 47 °C, der er intet lys, 10 gange mere salt end i almindeligt havvand og så meget svovl, at det er giftigt for mennesker og de fleste dyr. Og så er der ingen ilt. Alligevel lever der dyr i dette miljø. Flercellede dyr endda. Det er små korsetdyr, Loricifera, som er under
0,5 millimeter lange. De er tilpasset det ekstreme miljø, der findes her. Dyrene har ikke rigtige mitokondrier i deres celler, men i stedet et organel, der kan trække hydrogen ud af svovlforbindelser og omdanne det til energi. Det er ekstremt og specielt. Et eksempel på, hvordan livet har tilpasset sig de mest usandsynlige miljøer.
TRÆK VEJ RE T 9
Energi fra respiration af mad
Energi til energikrævende processer
ATP
+ P ADP
fig05-02.ai Meter 2,0
1,5
1,0
0,5
0 0
0,5
1,0
1,5
2,0 Meter
5.3 (øverst) Fossiler af trilobitter i 500 millioner år gammelt klippemateriale. På baggrund af fossiler som disse er det muligt at rekonstruere dyrenes udseende. (nederst) En kunstners frem stilling af trilobitter på bunden af et kambrisk hav. Trilobitter var beslægtede med vore dages leddyr (Arthropoder), der bl.a. rummer insekter og krebsdyr. Det koster meget energi at lave et ydre panser, som trilobitterne og andre leddyr fra denne periode udviklede, men det er en nødvendig investering i et miljø, hvor rovdyr huserer. Trilobitter er meget almindelige blandt fossiler fra den kambriske periode.
5.4 (øverst) Model af en forhistorisk guldsmed. Pga. insekternes måde at skaffe ilt på (se afsnit 5.2 og fig. 5.5), er det sandsynligt, at iltindholdet i atmosfæren afgør, hvor store insekter kan blive. fig05-04a.ai For ca. 300 millioner år siden var iltindholdet i atmosfæren over 30 %, og der findes fra denne periode fossiler af gigantiske forfædre til vore dages insekter. (nederst) Guldsmeden på billedet kunne nå et vingefang svarende til længden af din arm.
En gigantisk guldsmed
Også i dag er atmosfærens og verdenshavenes store iltindhold en forudsætning for, at store flercellede organismer som hvalhajer, mennesker og egetræer kan eksistere og opretholde deres livsprocesser.
Selvom flere faktorer utvivlsomt har forårsaget dyrenes hurtige udvikling under den kambriske eksplosion, har tilgængeligheden af ilt spillet en helt central rolle. Som vi skal se i næste afsnit, betyder insekters måde at optage ilt på, at atmosfærens iltindhold er en begrænsende faktor for insekters størrelse. Hvis du stod ved et vandhul for 300 millioner år siden, hvor luftens iltindhold var væsentligt større end i dag, ville du skulle dukke dig for guldsmede på størrelse med en måge (se fig. 5.4).
TEST DIN FORSTÅELSE 5.1 Når du tænder op i en brænde ovn, nyder du godt af kemisk energi i træets kulstoffor bindelser, der omsættes til lys og varme. Hvilke ligheder er der med den forbrænding, der sker i dine celler?
Nævn også en væsentlig forskel?
10 TRÆK VEJRET
5.2
Åndedrætsorganer ilter hvirveldyrs blod
Iltoptag Flercellede dyr har behov for at forsyne alle celler med ilt. Blandt dyrene er der udviklet helt forskellige måder at optage ilt fra omgivelserne på. Og det samme gælder måden, hvorpå ilten fordeles til kroppens celler, også dem der ligger fjernt fra kroppens overflade.
Insekter uden åndedræt Insekter optager luft igennem små huller, kaldet spirakler, i deres overflade, mens små luftrør, trakéer, fordeler ilten i kroppen. Udvekslingen af ilt og kuldioxid mellem insektets celler og luften i rørene sker ved diffusion. Insekterne har således ikke noget egentligt åndedræt, der sørger for at pumpe luft ud og ind af traké-systemet. Det samlede traké-systems store indre overflade gør, at tilstrækkelige mængder ilt kan diffundere direkte ind i insekternes celler (se fig. 5.5).
Hos hvirveldyrene er iltforsyningen koblet til et blodkredsløb, der via blodkar fører iltmolekylerne så tæt som muligt på alle organismens celler. Ilt skal derfor først optages i blodet gennem særlige åndedrætsorganer og derefter fordeles af blodkredsløbet. Fisk, padder, krybdyr, fugle og pattedyr er alle hvirveldyr, og som alle andre hvirveldyr har du også åndedrætsorganer, der sammen med et blodkredsløb forsyner dine celler med ilt. Åndedrætsorganerne skal løse den opgave at optage ilt så effektivt som muligt fra omgivelserne. Da iltop taget foregår ved diffusion, er en stor overflade og en kort diffusionsafstand vigtig. Gæller bruges til at optage ilt fra vand, mens lunger er mest effektive til at optage ilt fra luft (se fig. 5.6). Dit blodkredsløb består udover lungerne af blodet, blodkarrene og hjertet. I resten af dette afsnit skal det handle om dine lunger og dit åndedræt, og i de næste to afsnit kan du læse mere om blodet, blodkarrene og hjertet.
Muskel Trakéole Traké Spirakel
CO2
O2
5.5 (t.v.) Hos græshopper og andre insekter forsyner trakéer og de endnu mindre trakéoler de indre organer med ilt og sørger for, at CO2 kan afgives til omgivelserne. (t.h.) På store insekter er spiraklerne synlige som sorte prikker på siden af dyret.
05-05a.ai
Luftrør
Bronkier
TRÆK VEJ RE T 11
Blodkar Flow af vand
Lameller
Iltet blod
Iltfattigt blod
Gællebue
Gælle-filamenter
fig05-06a.ai
Liter
Lungekapacitet Åndedrætsdybde Indåndingskapacitet Vitalkapacitet Udåndingskapacitet
6 5
Arbejde starter
4 3
5.6 Gæller og lunger. (øverst) 2 Hos fisk består gællerne af lameller med en meget stor samlet overflade. Blod, der cirkulerer igen1 nem lamellerne, iltes effektivt, når vand strømmer ind i fiskens 0 Den vestafrikanske lungefisk, mund og ud igennem gællen. 30 Protopterus annectens (nederst t.v.), har reducerede gæller, men til gengæld to udposninger på spiserøret, der virker som lunger. På denne måde kan lungefisk optage ilt fra luften. Lungefiskenes
fig05-08.ai
fysiologi er et eksempel på en evolutionær tilpasning hos fisk til periodevis udtørring af deres levested. Lungefiskene giver et Residual volumen fingerpeg om, hvordan lunger kan være opstået hos landlevende dyr. Pukkelhvaler (nederst t.h.) er nødt til at komme op til over 90 120 fladen for at ånde. Hvaler er nemlig efterkommere af landlevende Tid (sekunder) pattedyr og har derfor lunger. Lungers struktur er vist i fig. 5.7.
12 TRÆK VEJRET
To elastiske lunger
Åndedrættet
Det er dine lunger, der sørger for at skaffe ilt til at pro ducere den ATP, som alle kroppens funktioner er afhængige af. Dine lunger er to elastiske ’poser’, der kan udvides ved hjælp af mellemgulvsmuskulaturen og muskulatur, der hæfter på dine ribben. Når du slapper af, tømmes lungerne automatisk, når det elastiske lungevæv trækker sig sammen. Prøv at rette opmærksomheden imod dit eget åndedræt. Hvordan trækker du vejret? Hvis du er afslappet, bør du trække vejret ’med navlen’. Dvs. at din mave skydes roligt fremad, når du fylder lungerne med luft. Når du trækker vejret på denne måde, udvider du rumfanget af brystkassen, ved at mellemgulvsmusklen spændes og trækkes flad. Lungerne følger med, og deres rumfang øges. Det skaber et undertryk, der får luften til at passere fra mund- og næsehulen igennem luftrøret og via bronkier og bronkioler ud i de milliarder af alveoler, der udgør lungernes overflade, hvorigennem ilten diffunderer ind i din krop (se fig. 5.7). Lægger man overfladearealet af alle alveolerne sammen, har den indre overflade af et sæt menneskelunger et areal, der omtrent svarer til størrelsen af en badmintonbane. Det store areal betyder, at en stor mængde ilt kan optages på kort tid via diffusion, nøjagtigt som det var tilfældet med gællerne.
I hvile vil du have en åndedrætsdybde på ca. 0,5 L. Dvs. at du skiftevis indånder og udånder en halv liter luft. Hvis du rejser dig og begynder at udføre et arbejde, vil både åndedrætsdybden og åndedrætsfrekvensen øges som svar på det øgede iltkrav. Hvis du tager en dyb indånding og fylder lungerne maksimalt og derefter puster så meget luft ud, som du overhovedet kan, vil du få et mål for din vitalkapacitet: hvor stort et luftvolumen du aktivt råder over (se fig. 5.8). Din vitalkapacitet kan du måle vha. et spirometer. Du kan dog ikke tømme dine lunger helt for luft, der vil altid være 1-1,5 L luft tilbage, det kaldes residualvolumen. Din totale lungekapacitet er derfor større end din vitalkapacitet og vil afhænge af dit køn, din højde og din kropsbygning. Muskel Når du træner din åndedrætsmuskulatur, forbedrer du din lungefunktion, dvs. hvor effektivt du kan ventilere Trakéole dine lunger. Det er en af flere fysiologiske ændringer, der sker ved fysiskTraké træning, som vi vil gå i dybden med i afsnit 5.5. Spirakel TEST DIN FORSTÅELSE 5.2 Kig på fig. 5.8. Hvad er personens A) totale lungekapacitet, B) vitalkapacitet, O2 CO2 C) åndedrætsdybde og -frekvens i hvile, D) åndedræts dybde og -frekvens under arbejdet?
fig05-05a.ai 5.7 Åndedrætsorganernes struktur. Når mellemgulvs muskulaturen trækkes sammen, bliver den flad og øger dermed lungernes rumfang. Det skaber et undertryk, og lungerne fyldes med ny luft. I alveolerne sker der – ved hjælp af diffusion – en udveksling af ilt og kuldioxid mellem blodet og luften. Blodet, der passerer alveolerne, er på grund af cellernes respiration rigt på kuldioxid og fattigt på ilt, så ilt vil ved diffusion optages i blodet, og kuldioxid vil vandre ud i alveolerne. Vores udåndingsluft er derfor rig på kuldioxid.
Luftrør
Bronkier
Bronkioler
Rødt blodlegeme
CO2 O2
Zoom på alveole og kapillær
fig05-07.ai
Alveoler
Mellemgulvsmuskel
TRÆK VEJ RE T 13
5.8 Åndedrætsfrekvensen og åndedrætsdybden ændres, når du udfører et arbejde. Den sorte kurve viser lungernes volumen som funktion af tiden.
Liter
Lungekapacitet Åndedrætsdybde Indåndingskapacitet Vitalkapacitet Udåndingskapacitet
6 5
Arbejde starter
4 3 2 1
Residualvolumen
0 30
90
120 Tid (sekunder)
5.3
Blod
fig05-08.ai
En af blodets vigtigste funktioner er at optage og fordele ilt og derved muliggøre respiration i alle kroppens celler. Blodet transporterer også den kuldioxid, der produceres i respirationen, frem til lungerne, hvor det diffunderer over i udåndingsluften gennem alveolernes overflade. Samtidig forsyner blodet hver enkelt celle med energirige molekyler fra kosten, der er optaget i fordøjelses systemet, se kapitel 6.
Blodplasma
Alveole
Rødt blodlegeme
Hæmoglobin giver effektiv ilttransport I blodet bindes ilten til protein-molekylet hæmoglobin (se fig. 5.9). Hæmoglobin består af fire protein-enheder, der hver indeholder en jern-holdig heme-gruppe. Det er jernet i heme-gruppen, der giver hæmoglobin den kraftige røde farve, du også kender fra rustent jern. Hver hemegruppe kan binde et iltmolekyle, så der kan bindes fire iltmolekyler til hvert hæmoglobinmolekyle. Hæmoglobinet findes i meget stor koncentration i de røde blodlegemers cytoplasma. Ilt findes også frit opløst i blodplasma, men kun i små mængder. Hos mennesker er det kun ca. 1,5 % af blodets samlede iltmængde, der er opløst i plasma. Hæmoglobin øger derfor blodets iltbindingsevne kraftigt og gør transporten af ilt rundt i kroppen langt mere effektiv.
O2 Hæmoglobin
Væggen i lungekapillær
5.9 Hæmoglobin findes i stor koncentration i røde blodlegemer, fig05-09.ai hvor det binder ilt, der optages ved diffusion fra alveolerne. Hvert hæmoglobinmolekyle består af fire protein-enheder (angivet med rødt og blåt i figuren), der hver indeholder en heme-gruppe. Hver heme-gruppe kan binde et iltmolekyle, så hæmoglobinet kan i alt binde fire iltmolekyler. Plasma (55 %), heraf • Vand (92 %) • Proteiner (7 %), heraf Albumin (60 %) Globuliner (herunder antistoffer, 35 %) Fibrinogen (4 %) Andre proteiner (herunder hormoner, 1 %)
14 TRÆK VEJRET Alveole
Rødt blodlegeme
Røde blodlegemer er særlige celler, der mangler både cellekerne og de fleste organeller og bedst kan beskrives som små fleksible hæmoglobin-beholdere. De er tæt pakket med O2hæmoglobin, og deres særlige konkave skive facon (se introbilledet til kapitlet) giver dem en stor Hæmoglobin overflade, hvorover ilt kan optages og afgives ved diffusion. Hvert sekund producerer stamceller i knoglemarven mere end 2 millioner nye røde blodlegemer, der frigives til blodbanen, hvor de har en levetid på ca. 120 dage. I hver mL blod er der omtrent 5 milliarder røde blodlegemer, og de er så talrige, at de udgør op mod 75 % af alle kroppens celler.
Hæmatokritværdi
Væggen i lungekapillær
Den andel, som de røde blodlegemer udgør af dit samlede blodvolumen, kaldes din hæmatokrit-værdi. For piger er en normal hæmatokrit-værdi 38-43 %, for drenge 40-45 %.
Hvis du centrifugerer en blodprøve, kan du se, at de røde blodlegemer udgør en stor del at dit blod (fig. 5.10). Jo større hæmatokritværdi, jo større er blodets iltbindingsevne, se også afsnit 5.6. Ud over de røde blodlegemer, findes der også hvide blodceller, der har vigtige roller i immunforsvaret, og blodplader, der er involveret i blodets størkning. Forskellige celler udgør tilsammen op mod halvdelen af blodets volumen. Resten udgøres af plasma, som mest består af vand, hvori forskellige stoffer er opløst (se fig. 5.10). TEST DIN FORSTÅELSE 5.2 Hæmatokritværdi kan bestemmes ved hjælp af en blodprøve, der er centrifugeret på en bestemt måde. Fig. 5.10 viser en sådan centrifugeret blodprøve. Hvad er denne persons omtrentlige hæmato kritværdi?
fig05-09.ai
Plasma (55 %), heraf • Vand (92 %) • Proteiner (7 %), heraf Albumin (60 %) Globuliner (herunder antistoffer, 35 %) Fibrinogen (4 %) Andre proteiner (herunder hormoner, 1 %) • Andre opløste stoffer (1 %, bl.a. ioner, urinstof, næringsstoffer som glukose og aminosyrer) Blodceller (45 %) • Hvide blodceller (3-9 mio pr. ml) • Blodplader (300 mio pr. ml) • Røde blodlegemer (5 mia pr. ml)
5.10 Blodets sammensætning. (t.v.) Ca. 45 % af blodets volumen udgøres af celler,fig05-10.ai hvoraf de fleste er røde blodlegemer. En mindre del udgøres af hvide blodceller, der rummer mange celletyper involveret i kroppens immunforsvar, samt blodplader, der er vigtige for blodets evne til at størkne. Resten af blodets volumen består mest af vand og kaldes plasma. I plasma findes en række forskellige opløste stoffer, hvoraf mange er plasmaproteiner, der
hjælper med at opretholde bIodets osmotiske tryk (albumin), transporterer fedtstoffer (albumin og globuliner), er vigtige for blodets størkningsevne (fibrinogen) eller bekæmper infektioner (antistoffer, også kaldet immunoglobuliner). Desuden transporterer blodet hormoner, affaldsstoffer og næringsstoffer. (t.h.) En blodprøve centrifugeret i et tyndt glasrør. Adskillelsen i plasma foroven og blodceller forneden ses tydeligt.
TRÆK VEJ RE T 15
5.4
Blodkredsløbet Hvis flercellede dyr skal forsyne alle celler med ilt alene via diffusion fra omgivelserne, kræver det enten et trakésystem, som insekterne har, eller at alle celler er tæt på dyrets overflade. Det sidste er netop tilfældet hos fladorme, der kan klare sig med diffusion, fordi de er mindre end 1 mm tykke (se fig. 5.11). Diffusion tager lang tid over større afstande, og denne begrænsning er årsag til, at vi fx aldrig vil se gigantiske bakterier (se kap. 3, side XXX).
5.11 Gruppen af fladorme rummer mange forskellige organismer fra smukke havlevende arter, til parasitiske arter, der lever i fordøjelseskanalen hos pattedyr, fx bændelorm. Dyrenes kropsfacon gør, at de kan udveksle ilt og kuldioxid med omgivelserne, alene ved diffusion. (t.h) Tværsnit af en fladorm tilhørende slægten Dugesia. Dyret har en tykkelse på ca. 0,8 mm.
Dyr uden kredsløb har derfor begrænsede udviklings muligheder. Tilstedeværelsen af et blodkredsløb til fordeling af ilt i kroppen fjerner denne begrænsning og muliggør evolution af større og mere kompakte kropsformer. Alle hvirveldyr har et kredsløb i form af et rørsystem bestående af vidt forgrenede blodkar, og et hjerte der som en pumpe sørger for blodets cirkulation i kroppen. Sammen med åndedrætsorganerne sørger hjertet for, at ilt kan optages i blodet, og at den kuldioxid, der dannes i respirationen, kan udskilles. Fig. 5.12 viser blodkredsløbet hos hhv. en fisk og et pattedyr.
CO2
O2
16 TRÆK VEJRET
Kredsløb hos fisk
Væv
Hjertekammer
Gælle
Forkammer
Væv
Kredsløb hos pattedyr Højre forkammer
Højre hjertekammer
Lunge
Venstre forkammer
Venstre hjertekammer
5.12 Skematisk fremstilling af kredsløbet hos en fisk (øverst) og et pattedyr (nederst). Hos fisk cirkuleres blodet i ét kredsløb, og hjertet har et enkelt forkammer og et enkelt hjertekammer. Blodet iltes i gællerne og løber mod hjertet, hvorfra det pumpes videre ud til fiskens organer og derefter løber tibage til gællerne, hvor det atter iltes. Hos mennesker og andre pattedyr iltes blodet i et separat lungekredsløb, og hjertet skal derfor cirkulere blodet i to kredsløb. Hjertet er derfor opdelt i en højre og en venstre side, med hvert sit forkammer og hjertekammer. I hjertets højre forkammer modtages afiltet blod fra kroppen, i venstre forkammer modtages iltet blod fra lungerne.
fig05-12.ai Fra et grundlæggende hjertekar-system hos fisk, hvor hjerte og gæller sidder efter hinanden i et enkelt kredsløb (5.12 øverst), er der hos landlevende hvirveldyr sket en udvikling hen imod et system med to forbundne kredsløb. Det ene har til opgave at ilte blodet, mens det andet får blodet til at cirkulere rundt i kroppen (5.12 nederst).
Menneskets blodkredsløb Det blod, der løber gennem hhv. højre og venstre side af dit hjerte, er ikke i direkte kontakt. Højre side af hjertet pumper blodet rundt i lungekredsløbet, mens venstre side af hjertet pumper blodet rundt i det systemiske kredsløb. Blodkar, der fører blod væk fra hjertet, kaldes arterier, mens blodkar, der fører blod til hjertet, kaldes vener. Menneskets blodkredsløb er vist i fig. 5.13. Fig. 5.14 viser den indre struktur af et menneskehjerte. Prøv at følge blodets vej på fig. 5.13 gennem lungerne over i det systemiske kredsløb og tilbage igen. Det iltede blod fra lungerne flyder via lungevenen til hjertets venstre forkammer, hvorfra det pumpes ned i venstre hjertekammer. Blodet forlader herefter hjertet gennem hovedpulsåren, aorta, der er et meget kraftigt blodkar, som forgrenes i arterier, der føres ud i alle kropsdele. Arteri-
erne forgrenes i mindre arterioler, der igen forgrenes i bittesmå kapillærer. Kapillærer er de mindste blodkar, hvis vægge kun består af et enkelt cellelag. Det er henover kapillærernes tynde vægge, at ilt og kuldioxid udveksles imellem blod og celler i alle kroppens væv (se fig. 5.15). Kapillærerne udgør et ekstremt forgrenet netværk, der gennemrisler alle kroppens væv med blod. Ingen af kroppens celler er mere end 1 mm væk fra en kapillær. Kapillærerne løber sammen i lidt større blodkar, der fører det nu afiltede blod tilbage til hjertets højre side. Kapillærer løber sammen i venoler, der løber sammen i stadigt større vener. To store vener fører blodet ind i hjertets højre forkammer. Fra højre forkammer pumpes blodet ned i højre hjertekammer, og herfra pumpes det igennem lungearterien ind i lungekredsløbet, hvor det igen er klar til at blive iltet. Ringen er sluttet. Hjertemuskelen har sin egen blodforsyning. Fra aorta fordeles blod via kranspulsårer ud i hjertemuskulaturen. I slutningen af kapitlet kan du læse mere om sygdomme, der skyldes forsnævringer eller blodpropper i kranspulsårerne.
TRÆK VEJ RE T 17
Iltet blod Afiltet blod
Hoved og hals
Arme Lunger
Hjerte
Kranspulsåre
Hud Lever Portåre
Tarm
Nyrer
Ben
fig05-13.ai
Blod til hjertet fra kroppen Blod til hjertet fra kroppen
Blod til hovede og overkrop Blod til hovede og overkrop
Aorta Lungearterie
Aorta
Lungearterie Blod fra lungerne via lungevene Blod fra lungerne via lungevene
Blod til hjertet fra kroppen Blod til hjertet fra kroppen
fig05-14.ai
Blod til krop og ben Blod til krop og ben
5.13 (t.v.) Skematisk fremstilling af menneskets blodkredsløb. I det syste miske kredsløb pumpes blodet fra venstre hjertekammer ud til alle kroppens væv, hvorfra det løber tilbage til hjertets højre forkammer. I lungekredsløbet pumpes blodet fra højre hjertekammer til lungerne og tilbage til venstre forkammer. (t.h.) Arterier og vener gennemvæver alle dele af kroppen.
5.14 Menneskehjertet set forfra. Muskulaturen i hjertets venstre side (figurens højre side) er stærkere end i hjertets højre side. Hjerteklapper imellem forkamre og hjertekamre for hindrer tilbageløb, når hjertekamrene trækker sig sammen.
18 TRÆK VEJRET
Glat muskulatur
Arterie
Stor vene
Veneklap Glat muskulatur Ateriole
5.15 Kroppens blodkar. Iltet blod føres gennem arterier og arterioler til kapillærerne. I kapillærerne foregår udveks lingen af stoffer med kroppens væv. Kapillærer samles i venoler og vener, der fører det nu afiltede og CO2-rige blod tilbage mod hjertet. Muskulatur omkring mange af kroppens blodkar tillader hjernen at regulere blodtilførslen til forskellige dele af kroppen.
Venole
Venole
Kapillær
H 2O
Fra hjertet
O2
CO2
H2O Veneende
Arterieende Kapillærvæg
Til hjertet Rødt blodlegeme
Plasmaprotein
Ion
Blodtryk Pattedyrenes to separate kredsløb giver mulighed for, at der kan være et større blodtryk i det systemiske kredsløb end i lungekredsløbet. Modstanden i det systemiske kredsløb, der fører blodet rundt i hele kroppen, er meget større end i lungekredsløbet, fordi blodet skal bevæge sig over større afstande og højdeforskelle. Der er derfor brug for et større tryk, for at blodet kan cirkulere. Det afspejler sig i hjertets opbygning, hvor muskulaturen, der omgiver venstre hjertekammer, er meget kraftig (fig. 5.14). Omvendt er der ikke behov for særlig kraftig muskulatur i hjertets højre side, da blodet kun skal overvinde en lille højdeforskel og gennemløbe et kortere kredsløb,
med markant mindre modstand. Hvis du får mulighed for at kigge på et hjerte fra en kalv eller en gris, så sørg for at lægge mærke til styrkeforholdet imellem hjertets højre og venstre side. Når hjertet trækker sig sammen, sendes en mængde blod, der svarer til hjertets slagvolumen, igennem aorta og videre ud i arterierne. Det giver en lokal og kortvarig trykstigning i et blodkar, når en stor portion blod bevæger sig igennem med forøget hastighed. Hvis du måler blodtrykket et sted i en af de store arterier som funktion af tiden, vil du derfor se, at det svinger i takt med hjertets arbejdsrytme (fig. 5.17).
TRÆK VEJ RE T 19
5.16 En giraf har et systolisk blodtryk på op til 260 mm Hg. Det høje blodtryk gør, at at også hjernen, der sidder mere end 2 m over hjertet, kan forsynes med iltet blod. Det høje tryk stiller store krav til giraffens kredsløb.
Tryk (mm Hg) 140 120
Tryk (mm Hg)
100
140
80
120
60
100 80
0
60
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tid (sek.)
5.17 Blodtrykket målt i en arterie i overarmen som funktion af tid. Blodtrykket svinger i takt med hjertets arbejdsrytme.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Systolisk og diastolisk tryk Det maksimale blodtryk opstår i slutningen af hjertets sammentrækningsfase, systolen, og kaldes det systoliske tryk. Det mindste tryk findes i slutningen af hjertets afslapningsfase, diastolen, og kaldes det diastoliske tryk (se fig. 5.17).
fig05-17.ai
fig05-17.ai
Tid (sek.)
Dit systoliske og diastoliske blodtryk kan du måle med et blodtryksapparat. Et normalt systolisk blodtryk ligger i intervallet 100-140 mm Hg (fig. 5.18). Et for lavt Diastolisksjældent blodtryk (mmproblemer, Hg) blodtryk giver men et langvarigt forhøjet blodtryk kan øge risikoen for hjertekarsygdomForhøjet af blodtryk me og bør undersøges din læge. 95
Grænseområde 90
Diastolisk blodtryk (mm Hg) Normal område
Forhøjet blodtryk 95 Grænseområde 90 65 100
Normal område
120
140
160 Systolisk blodtryk (mm Hg)
fig05-18.ai 65 100
120
140
160 Systolisk blodtryk (mm Hg)
5.18 Normalt blodtryksinterval. Det systoliske og diastoliske blodtryk kan måles med en automatisk blodtryksmåler.
fig05-18.ai
20 TRÆK VEJRET
5.5
Venepumpen hjælper blodet til hjertet
Hjerte-karsygdomme
Blodtrykket falder hele vejen igennem det systemiske kredsløb, og i venerne er blodtrykket meget lavt. For at hjælpe blodet tilbage til hjertet fra underkroppen, er der i venerne i benet særlige veneklapper, der sikrer, at blodet ikke løber baglæns i systemet. Derudover kan muskulaturen i læggen hjælpe blodet tilbage mod hjertet, ved at klemme på venerne (se fig. 5.19).
Sygdomme i hjertet eller i blodkredsløbet er en hyppig dødsårsag i Danmark. Faktisk skyldes hvert fjerde dødsfald en hjerte-karsygdom. Viden om sygdommene er derfor vigtig både for dig og for samfundet, især fordi mange af lidelserne kan forebygges. Sygdommene rammer ofte sent i livet, og en person mellem 55 og 64 år har over 20 gange større risiko for at udvikle forsnævringer i hjertets kranspulsårer end en person mellem 25 og 34 år.
TEST DIN FORSTÅELSE 5.3 Hvis du sætter en automatisk
blodtryksmåler på armen af personen i fig 5.17, hvilke værdier vil apparatet så vise for det systoliske blodtryk, det diastoliske blodtryk og pulsen?
Kend KRAM-faktorerne Du ved det sikkert godt, men vil du mindske risikoen for at udvikle en hjerte-karsygdom, skal du tænke over de såkaldte KRAM faktorer: Kost, Rygning, Alkohol og Motion. Hjertet er en muskel, der kan holdes i god form ved at dyrke motion. Ved at spise sundt og varieret og holde
5.19 Venepumpen. (t.v.) Særlige klapper forhindrer tilbageløb i venerne i underbenet. Når blodet løber op i venen (a), kan det passere veneklapperne. Klapperne kan kun åbnes i én retning, så blodet ikke løber tilbage. Når lægmuskulaturen forkortes, bliver den tykkere og klemmer dermed på venen (b). Pga veneklapperne kan blodet på denne måde pumpes opad i benet, tilbage mod hjertet. (t.h.) Soldater, der står i samme stilling i lange tidsrum, lærer, at de indimellem diskret skal stille sig på tæer for at aktivere lægmuskulaturen og dermed venepumpen. Det mindsker risikoen for at besvime. Blod Veneklap
Vene i underbenet
fig05-19.ai a
b
Antal pr. 100.000 indbyggere 1.000 800
b
TRÆK VEJ RE T 21
5.20 Forekomst og dødelighed af sygdom relateret til hjertets blod forsyning, set over en 10-årig periode i Danmark. Alle tal er antal pr 100.000 indbyggere. For at kunne sammenligne udviklingen i forekomst og dødelighed over tid er tallene justeret for ændringer i befolkningens alderssammen sætning. (Kilde: Statens Institut for Folkesundhed, Syddansk Universitet, februar 2014)
Antal pr. 100.000 indbyggere 1.000 800 Nye tilfælde, mænd
600 400
Nye tilfælde, kvinder
200 0
Dødsfald, mænd Dødsfald, kvinder 2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
igen med alkohol gør du også dit hjerte og kredsløb en stor tjeneste. Og så er der rygning: Ifølge Hjerteforeningen er omkring 23 % af alle hjerte-kar lidelser relateret til rygning, og rygning er hvert år skyld i 14.000 dødsfald i Danmark (Sundhedsstyrelsen, 2016) . Så der er vira kelig en stor gevinst ved ikke at begynde at ryge. Både for personen selv og for de mennesker, der ikke passivt skal indånde røgen. Viden om, hvad der udløser hjerte-karsygdomme, gør b det muligt at forebygge mange lidelser. Sammen med stadigt bedre behandlingsmetoder har det medført, at færre mennesker får hjertekarsygdomme, og at de der gør, har bedre overlevelseschancer (se fig. 5.20). c
De farlige blodpropper Kender du en, der har haft en blodprop? Det er velkendt, at både alder, kost, rygning, alkohol, motionsvaner og d stress påvirker risikoen for at blive ramt af en blodprop. Mere end 450.000 danskere lever med en hjerte-kar-
5.21 Princippet i en ballonudvidelse. Et rørformet metalnet, kaldet en stent, kan holde et forsnævret kar åbent. Stenten indsættes ved hjælp af en lille ballon, der føres ind i det forsnævrede blodkar og udvides. Indgrebet kan klares med et tyndt kateter, der føres til hjertet gennem en arterie i armen eller lysken. Når stenten er foldet ud og låst, efterlades den i blodkarret.
2011
Årstal
sygdom, og heraf lider ca. 160.000 mennesker af åreforsnævring i hjertets kranspulsårer, som er den mest udbredte hjertesygdom. Indsnævringer og deciderede blodpropper i hjertet er farlige. Opstår der en blodprop i en kranspulsåre, mister Forsnævring en del af hjertemusklen sin iltforsyning, og der opstår et akut problem for hjertet. Sidder blodproppen tæt på kranspulsårernes udspring, blokeres blodforsyningen til en stor del af hjertet, og der opstår en livstruende situation. Ballon og stent indføres I mange tilfælde består behandlingen af blodfortyndende medicin og en såkaldt ballonudvidelse, der kan genskabe passagen i et helt eller delvist lukket blodkar (se fig. 5.21). I nogle tilfælde kan det være nødvendigt Ballonen pustes op med en bypass-operation, hvor blodkar, i mange tilfælde en vene fra patientens ben, bruges til at lave en eller flere omkørsler af blodet, så det kan passere uden om det forsnævrede sted på kranspulsåren. Derved dirigeStenten efterlades rer lægerne iltet blod uden om blokeringen og genskaber iltforsyningen til den berørte del af hjertet.
a
Forsnævring
b
Ballon og stent indføres
c
Ballonen pustes op
d
Stenten efterlades
22 TRÆK VEJRET
Ingen tværforbindelser Når forsnævringer og blodpropper i kranspulsårerne er så farlige, hænger det sammen med den måde, dit hjerte er opbygget på. To kranspulsårer fordeler iltet blod fra aorta ud i hjertemusklen, men de forsyner hver deres del af musklen med hvert deres separate kapillærnet, og der er ingen tværforbindelser. Havde der været tværforbindelser, ville blodet kunne løbe uden om en forhindring, og en forsnævring af et blodkar ville være et betydeligt mindre problem. Jo ældre et menneske bliver, og jo mindre opmærksom vedkommende har været på KRAM-faktorer, jo større bliver risikoen for på et tidspunkt at udvikle forsnævringer i kranspulsårerne, der skyldes aflejringer af fedt og kalk. Hvis vores hjerter var optimeret til den vestlige livsstil, ville de indeholde naturlige tværforbindelser imellem kranspulsårerne, så den livsvigtige hjertemuskulatur kunne sikres ilt, selvom der opstod forsnævringer med tiden. Men det gør de ikke. TEST DIN FORSTÅELSE 5.4 Hvad foretager lægerne sig i forbindelse med en bypass-operation? Kan du give et bud på, hvorfor naturlige tværforbindelser imellem kranspulsårerne ikke er udviklet i menneskehjertet?
5.6
med en anaerob omsætning af glukose (dvs. en omsætning uden ilt), hvilket resulterer i dannelsen af 2 ATP og 2 mælkesyremolekyler pr. glukosemolekyle: C6H12O6 + 2 (ADP+P) g 2 CH3CHOHCOOH + 2 ATP En 100-meter-løber er afhængig af en effektiv anaerob energiproduktion, da kredsløbet ikke kan nå at optage og levere tilstrækkelige mængder ilt til musklerne under den korte spurt (se fig. 5.22). Anaerob energiproduktion foregår også, når en løber eller en cykelrytter sætter en spurt ind tæt på målstregen. Respirationen kører allerede på fuld damp, men alligevel kan tempoet øges i afslutningen for at vinde afgørende sekunder. Som du kan se, er ATP-udbyttet meget mindre ved den anaerobe energiproduktion, end når glukose forbrændes helt til kuldioxid og vand i respirationen. Når glukose forbrændes aerobt, dannes 30 ATP molekyler, så den aerobe energiproduktion er langt mere effektiv. Jo større lagre af ATP og kreatinfosfat en muskelcelle har, og jo hurtigere den kan danne ATP anaerobt ved at omsætte en masse glukose til mælkesyre, jo mere arbejde kan den udføre uden ilttilførsel. Det er specielt vigtigt i styrkebaserede idrætsgrene som fx 100-meter-løb og vægtløftning, der kræver en stærk og nærmest eksplosiv energiudladning, og hvor iltoptaget ikke kan nå at blive justeret, før arbejdet er udført.
Fra hvile til arbejde Arbejde kræver energi, og i din krop er der en balance mellem iltoptag og iltforbrug. Samtidig har kroppen energireserver at trække på, når behovet for at yde et hårdt arbejde melder sig hurtigere, end kredsløbet kan nå at levere ilt til musklerne.
Anaerob energiproduktion Prøv at holde vejret. Selvom du holder vejret, er du alligevel i stand til at rejse dig op og bevæge dig rundt. Du er endda i stand til at spurte en kort distance. Når du er færdig, bliver du forpustet, men dine muskler var i stand til at udføre et arbejde i en periode uden at få friske iltforsyninger. Det skyldes, at dine muskler indeholder et lager af ATP, der rækker til nogle sekunders arbejde, samt et lager af stoffet kreatinfosfat, der hurtigt kan bruges til at gendanne ATP fra ADP. Desuden går dine celler i gang
5.22 Afslutningen på et 100 m løb. En effektiv anaerob energiproduktion er nødvendig på korte løbedistancer med høj intensitet.
TRÆK VEJ RE T 23 Iltforbrug pr. min.
Anaerob energiproduktion Iltgæld
0
1
2
Arbejde startes
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 Tid (min)
Arbejde stoppes
5.23 Iltforbrug før, under og efter et mid delhårdt arbejde. Den sorte linje viser iltforbruget som funktion af tiden. Efter ca 4 minutter opnås steady state, hvor iltop taget matcher iltforbruget. I denne fase vil pulsen være nogenlunde konstant. Arbejdet stopper efter 8 minutter, men iltforbruget falder kun gradvist, da der vil være en iltgæld (det grønne areal) fra de første 4 minutters arbejde (det blå areal), der krævede en anaerob energiproduktion. Arealet af de to farvede områder er ca. lige store. Hvorfor det?
5.7
Aerobt arbejde
Kroppens præstationsevne
Når du løber en tur, vil der gå lidt tid, før dine lunger og dit kredsløb er i stand til at forsyne dine arbejdende muskler med ilt i et tilstrækkeligt højt tempo, så respirationen producerer ligeså meget ATP, som musklerne forbruger. Men efter nogle minutter vil din puls og dit åndedræt have indstillet sig på det øgede iltkrav fra de arbejdende muskler. Det kaldes steady state, når iltop taget matcher iltforbruget. Har du et pulsur på, vil det vise en nogenlunde konstant puls, når du er i steady state. Øger du hastigheden, eller løber du op ad en bakke, stiger din puls og åndedrætsfrekvens, indtil steady state igen indfinder sig. Fig. 5.23 viser iltforbruget før, under og efter et arbejde, der udføres med konstant intensitet.
I den walisiske by Llanwrtyd Wells har man hver sommer siden 1980 holdt en konkurrence, hvor heste og men nesker løber om kap. Ideen til ”Man versus Horse Marathon” opstod under en diskussion på en lokal pub, og umiddelbart lyder det også som en ide, der giver mest mening efter et par øl. Konkurrencen går ud på, at løbere og ryttere på heste dyster om, hvem der hurtigst kan tilbagelægge en distance på 35 km i blandet terræn. Hvem ville du sætte dine penge på? Enhver ved, at heste er stærke, robuste, udholdende og adrætte dyr, der kan bruges til slidsom transport over store afstande. Men faktisk er resultatet af dette væddemål ikke givet på forhånd.
Iltgæld
Din krop kan mere. end du måske tror. Uanset hvor god din kondition er, og hvor meget idræt du er vant til at dyrke, så er din krop i store træk formet af behovet for at kunne bevæge sig hurtigt og energieffektivt over store afstande – et behov vi som art havde i det østlige Afrika for omkring 200.000 år siden. Udformningen af dine fødder, hofter og knæ, samt dit bevægemønster og din balanceevne, koblet med et effektivt blodkredsløb og åndedrætssystem, giver dig en god energiøkonomi, når du løber – og din nøgne hud er utroligt effektiv til at afgive overskudsvarme til omgivelserne, når du sveder. Din menneskekrop er tilpasset et liv i bevægelse. Når det gælder hurtighed, er fire ben bedre end to. Du vil tabe en sprint til selv et relativt lille firbenet dyr som en kat. Men når det gælder løbeøkonomi over store afstande, har du gode odds, specielt når det er varmt. Det er netop kombinationen af varmt vejr og store afstande,
Før dit kredsløb har indstillet sig på det øgede iltkrav, må kroppen køre på lagrene af ATP og kreatin-fosfat og den anaerobe omsætning af glukose. Når arbejdet stopper, falder din puls og din åndedrætsfrekvens ikke lige med det samme. Du er forpustet og har en høj puls i et stykke tid, fordi du betaler tilbage på din iltgæld. Din krop skal gendanne lagrene af ATP og kreatin-fosfat, og mælkesyren skal omdannes til glykogen i muskler og lever, så der er energi til rådighed, når der igen bliver behov for an aerobt arbejde. Begge processer kræver ATP, som er frembragt ved en aerob energiproduktion, så der er brug for ekstra ilt, selvom belastningen er ophørt. TEST DIN FORSTÅELSE 5.5 Ved et meget intenst arbejde
kan det grønne areal i fig. 5.23 være større end det blå areal. Hvordan kan det være?
Vi er langdistanceløbere
24 TRÆK VEJRET 5.24 Man versus Horse Marathon. Hver sommer dyster ryttere og løbere på en 35 km lang distance i blandet terræn. Hestene er ikke altid hurtigst.
Iltforbrug pr. min.
der giver mennesker en afgørende fordel og muligheden for at indhente dyr med pels. Det er ikke svært at forestille sig det nyttige i denne evne i et jæger-samfund på savannen. Men nutidens mennesker har ikke mistet evnen til effektivt lang distanceløb. På en varm sommerdag i 2004 lykkedes det således løberen Huw Lobb at slå den hurtigste hest 1 2 3 4 med godt 2 minutter i Man versus Horse0Marathon.
Kroppen superkompenserer
Arbejde
Skal du løbe en hest træt, eller bare startes løbe fra din bedste kammerat på atletikbanen, kræver det træning. Vi kan fig05-23.ai øge vores chancer i kapløbet markant ved at udnytte kroppens evne til at opbygge styrke og udholdenhed.
5.25 Kroppens evne til at super kompensere giver fysiologiske for andringer ved konditions- og styrketræning. Ved konditionstræning forbedres kroppens samlede evne til at optage, fordele og udnytte ilt gennem ændringer i både lunger, hjerte, blodkredsløb og de enkelte muskelceller. Styrketræning slider på musklerne, der reagerer ved at danne flere proteintråde i de enkelte muskelceller. Det gør musklen større og giver mulighed for en større kraftudvikling. Styrketræning forbedrer også musklernes evne til anaerob energiproduktion.
5
Kroppen svarer nemlig på belastninger med det, der kaldes superkompensation. Den kompenserer ikke kun for det slid, træningen medfører, bliver endnu stærkeAnaerobden energiproduktion re, end den var, før du trænede. Iltgæld Når du træner, sker der en hel række ændringer i din krop (se fig. 5.25). Den samlede effekt er, at din fysiske form forbedres. Forskellige idrætsgrene stiller forskelli7 til8 kroppens 9 10 11 12 13 ge6 krav præstationsevne, og derfor skal en Tid (min) atlet, der vil træne optimalt, finde en bestemt balance imellem styrketræning og konditionstræning. StyrkeArbejde træningstoppes hentyder til, at musklernes evne til at lave en større kraftudvikling trænes, mens konditionstræning sigter på at forbedre kroppens samlede evne til at optage, fordele og udnytte ilt.
Lunger · Stærkere åndedrætsmuskulatur Hjertet · Større og stærkere hjertemuskel
Konditionstræning
Muskler · · · ·
fig05-25.ai
Mere effektiv anaerob energiproduktion Større lager af ATP og kreatinfosfat Dannelse af flere muskelproteiner Mere effektiv styring af musklerne via nervesystemet
Kredsløbet · Flere kapillærer og større blodvolumen Muskler · Større glykogenlager · Større lager af ATP og kreatinfosfat · Flere mitokondrier · Flere respirationsenzymer · Mere myoglobin
Styrketræning
TRÆK VEJ RE T 25
5.26 At køre op ad stejle stigninger med en gennemsnitshastighed på næsten 20 km/t kræver en god kondition. (Port deLarrau, Tour de France, 2007)
Kondition og kondital Arbejdende muskler skal have ilt. For at kunne yde et stort arbejde i lang tid skal din krop derfor være i stand til effektivt at optage, fordele og bruge ilt. Kan den det, siges du at have en god kondition (se fig. 5.26). Dit kondital er et mål for din krops kondition. Konditallet angiver den maksimale mængde ilt (i mL), du kan optage pr. minut pr. kilo kropsvægt (se fig. 5.27). Et bedre iltoptag skyldes, at en lang række faktorer påvirkes, når du træner (se fig. 5.25). Blandt andet forbedres hjertets evne til at pumpe blod rundt i kroppen. Jo større et blodvolumen, der kan pumpes igennem dit hjerte hvert minut, jo hurtigere kan dine celler forsynes med ilt, og jo bedre bliver din kondition.
5.27 Vurdering af kondital i forhold til køn og alder. Alle kondital angiver det maksimale iltoptag i mL O2 pr. minut pr. kilo kropsvægt.
Hjertets minutvolumen (mL/min) afhænger af hjertets indhold af blod under et slag, slagvolumen (mL/slag), og af hjertets arbejdshastighed, pulsen (slag/min). Minut volumen findes ved at gange slagvolumen med pulsen. Hvis dit hjertes slagvolumen er 120 mL/slag, og din puls er 80 slag/min, har du altså et minutvolumen på: 120 mL/slag ∙ 80 slag/min = 9600 mL/min Hvis du skal måle dit kondital, kan det gøres på flere måder. En direkte konditionstest kan foretages ved hjælp af en maske koblet til et apparat, der måler dit iltforbrug, imens du yder et maksimalt arbejde (se fig. 5.28a). Dit kondital kan også bestemmes ved en indirekte kondi-
Kondital – normalbefolkning – mænd Alder (år)
Meget lavt
Lavt
Middel
Højt
Meget højt
5-14
<38
39-43
44-51
52-56
>57
15-19
<43
44-48
49-56
57-61
>62
20-29
<38
39-43
44-51
52-56
>57
30-39
<34
35-39
40-47
48-51
>52
40-49
<30
31-35
36-43
44-47
>48
50-59
<25
26-31
32-39
40-43
>44
60-69
<21
22-26
27-35
36-39
>40
Kondital – normalbefolkning – kvinder Alder (år)
Meget lavt
Lavt
Middel
Højt
Meget højt
5-14
<34
35-39
40-47
48-51
>52
15-29
<28
29-34
35-43
44-48
>49
30-39
<27
28-33
34-41
42-47
>48
40-49
<25
26-31
32-40
41-45
>46
50-64
<21
22-28
29-36
37-41
>42
65-
<19
20-26
27-34
35-39
>40
fig05-27.ai
fig05-27.ai 26 TRÆK VEJRET tionstest, der måler din steady state-puls ved to kendte arbejdsintensiteter og ud fra disse beregner, hvilket arbejde du ville kunne yde ved din maksimale puls (se fig. 5.28b).
I god form Hjertet er en muskel, der kan trænes. Så træner du, får du et stærkere hjerte, der kan rumme mere blod pr. slag, dvs. at du får et større slagvolumen. Det betyder, at du ved en given puls får et større minutvolumen. Med andre ord behøver dit hjerte ikke slå så hurtigt, for at du kan yde et bestemt arbejde. Fig. 5.29 viser en sammenligning af puls, slagvolumen og minutvolumen for et iltkrævende arbejde hos en trænet og en utrænet person. Din maksimale puls er ikke afhængig af din træningstilstand, men falder med alderen. En grov tommel fingerregel siger, at din maximale puls er 220 minus din alder, men det er kun en tommelfingerregel!
Puls (slag/min) Maksimale puls
Steady state puls 2 Steady state puls 1
VO2-1 VO2-2 Estimeret VO2 max
Iltoptagelseshastighed, (L/min)
fig05-28.ai
TEST DIN FORSTÅELSE 5.6 A) Hvilket maksimalt iltoptag har den utrænede person i fig. 5.29? B) Hvis personen vejer 70 kg, hvad er så vedkommendes kondital? C) Hvordan vil du vurdere personens kondition ud fra fig. 5.27? (Hint: giv et bud på alderen ud fra fig. 5.29).
5.8
Genveje til et bedre kondital Du er nu klar over, at din krop superkompenserer, når du presser den, og at du derfor kan forbedre din kondition gennem træning. Men for atleter, der allerede træner meget intensivt, kan konditionen kun forbedres yder ligere gennem særlige træningsmetoder i højderne eller ved at bruge medicinske præparater til præstationsforbedrende formål, hvilket kaldes doping.
Mindre ilt i højderne Bevæger du dig op i bjergene, er lufttrykket mindre end ved havets overflade, og der er derfor færre iltmolekyler til rådighed i hvert åndedrag. Dyr, der lever i stor højde, udviser fysiologiske og genetiske tilpasninger til livet i den tynde luft.
5.28 Direkte og indirekte konditionstest. (nederst) Den direkte test måler ved hjælp af en maske dit faktiske iltforbrug ved et maksimalt arbejde, dvs. ved din maksimale puls. (øverst) Den indirekte test måler din steady state puls (se også fig. 5.23) ved to forskellige arbejdsintensiteter. Ved at antage en lineær sammenhæng mellem puls og arbejdsintensitet kan det maksimale arbejde, du ville kunne udføre ved din maksimale puls, estimeres. Testen kan fx udføres ved konstant hastighed på en kondicykel, hvor den totale effekt, kroppen yder ved en bestemt arbejdsintensitet, kan omregnes til en iltoptagelses hastighed. Iltoptagelseshastigheden betegnes ofte VO2 og angives i L/min eller mL/min. Konditallet findes ved at dividere den maksimale iltoptagelseshatighed VO2 max (i mL/min) med kropsvægten (i Kg).
TRÆK VEJ RE T 27 Slag/min 180
Utrænet
Trænet
120 60
Puls
L/min 30 20
aminosyreændring øger hæmoglobinets iltbindingsevne og gør dermed optaget af ilt fra luften nemmere for fuglene. Læs mere om gener og mutationer i kapitel 2. Et hæmoglobinmolekyle med ekstra stor iltbindingsevne er en evolutionær tilpasning hos nogle dyrearter. Et menneske, der er tilpasset et liv ved havoverfladen, har hæmoglobin med en lidt lavere iltbindingsevne. Så fysisk anstrengelse i bjergene er en ekstra udfordring for menneskers kredsløb, og det kan udnyttes i trænings øjemed.
Højdetræning øger hæmatokritværdien
10
Minutvolumen
mL/slag 150 100
Slagvolumen 1
2 3 4 5 Iltoptagelseshastighed (L/min)
6
fig05-29.ai
5.29 Puls, minutvolumen og slagvolumen målt hos en utrænet og en trænet person ved forskellige arbejdsbelastninger. Jo større arbejdsbelastning, jo større iltoptagelses hastighed. Det maksimale arbejde, du kan yde, afhænger af dit maksimale minutvolumen, der igen afhænger af din maksimale puls og dit hjertes slagvolumen. Den røde linje viser en trænet person, den blå linje en utrænet person. (kilde: Menneskets fysiologi, 1992)
Den sydamerikanske gærdesmutte er et eksempel på en art, der udviser en genetisk tilpasning til livet i højderne (fig. 5.30). Forskellige populationer af gærdesmutten lever i forskellige højder, helt fra havets overflade og op til over 4500 m højde i bjergene. Forskere har undersøgt 14 adskilte populationer af gærdesmutter i Peru og fundet, at en ganske bestemt mutation i et hæmoglobin-gen er meget hyppig i populationer, der lever i stor højde, mens den er sjælden i populationer tæt ved havets overflade. Mutationen er en punktmutation i hæmoglobin-genet, hvor et G er substitueret med et A. Det medfører, at aminosyren valin udskiftes med aminosyren isoleucin på et ganske bestemt sted i hæmoglobinmolekylet. Denne
Når du træner i højderne, reagerer din krop med en akut fysiologisk tilpasning, der kompenserer for den tynde luft ved at øge blodets iltbindingsevne. Ved at mindske mængden af blodplasma, men ikke antallet af røde blodlegemer, bliver blodet tykkere, i takt med at blod volumen bliver mindre. Med andre ord stiger din hæmatokritværdi, og dermed bliver blodets iltbindingsevne større pr. mL, og blodet optager nemmere ilt fra den tynde luft. Efter nogle dages ophold og træning i højden øges dit blodvolumen gradvist igen, nu med en forhøjet hæmatokritværdi. Effekten forsvinder, et stykke tid efter
5.30 Hos en sydamerikansk gærdesmutte (Troglodytes aedon) ses en evolutionær tilpasning til livet i den tynde bjergluft. En bestemt genetisk mutation, der medfører en strukturel ændring i fuglenes hæmoglobin, øger hæmoglobinets iltbindingsevne. Denne mutation findes fortrinsvis i populationer, der lever i stor højde.
28 TRÆK VEJRET at du vender tilbage til havoverfladen, men højdetræner du lige op til en konkurrence, vil det forbedre din aerobe præstationsevne. Når du træner ved havets overflade, stiger dit blod volumen også, men din hæmatokritværdi er uændret, da både mængden af plasma og røde blodlegemer stiger. En af de evolutionære forklaringer på, at blodets iltbindingsevne pr. mL ikke bare øges yderligere, er, at det ikke er risikofrit at have en høj hæmatokritværdi. Bliver blodet for tykt, stiger risikoen for blodpropper.
EPO og steroidhormoner Dine nyrer producerer det naturlige hormon erythropoietin (EPO), der stimulerer dannelsen af nye røde blodlegemer. EPO-præparater fremstilles og anvendes medicinsk til nyrepatienter, der har nedsat EPO-produktion. Men atleter, der ønsker at dope sig til et højere kondital, kan misbruge medicinsk EPO.
EPO stimulerer stamceller i knoglemarven til at danne nye røde blodlegemer, og det giver en højere hæmatokritværdi. EPO-genvejen til et bedre kondital har været meget udbredt blandt i forvejen veltrænede atleter inden for sportsgrene, der kræver en høj aerob kapacitet. Specielt i cykelsport er doping med EPO et kendt problem (se fig. 5.31). Metoderne til fremstilling af kunstigt EPO har ført til udviklingen af præparater, der ligner kroppens eget EPO så meget, at de er svære at spore, og kampen mod EPO-misbruget i eliteidræt kræver udvikling af mere og mere avancerede testmetoder. I styrkebetonede idrætsgrene kan hormoner også bruges som en genvej til toppræstationen. Her er det muskelopbyggende steroidhormoner, der kan misbruges i jagten på større og stærkere muskler. Du kan læse mere om steroidhormoner i kapitel 8.
5.31 Lance Armstrong fejrer en etapesejr i Tour de France, som han blev samlet vinder af syv gange. Sejrene blev senere annuleret grundet doping.
TRÆK VEJ RE T 29
Gendoping Fremtidige dopingformer vil muligvis involvere manipulation med atleters arvemateriale, såkaldt gendoping, og det vil gøre det endnu vanskeligere at afsløre, når gode resultater ikke kun er resultatet af talent og træning. Gendoping udspringer af teknologien bag genterapi, hvor man med forskellige metoder forsøger at indføre nyt DNA i cellekernerne i bestemte væv, med det formål at få cellerne til at udtrykke de gener, som det nye DNA indeholder. På denne måde kan patienten (eller atletens) celler producere proteiner, der ikke kan skelnes fra de proteiner, kroppen naturligt producerer. Ved fx at indføre ekstra
kopier af et EPO-gen, vil cellerne kunne bringes til at producere mere EPO end ellers, og det vil føre til en højere hæmatokritværdi. Da det er atletens egne celler, der har lavet EPO-hormonet, vil det være umuligt at skelne fra kroppens naturligt producerede EPO. Hverken genterapi eller gendoping er dog endnu sikre teknologier. Læs mere om gen-redigering og CRISPR-teknologien i kapitel 7. TEST DIN FORSTÅELSE 5.8 Hvorfor stiger hæmatokrit værdien ved højdetræning, men ikke ved træning ved havets overflade?
Kerneord i kapitel 5 ■ Ilt ■
Diffusion ■ Blod ■ Hæmoglobin ■ Hæmatokrit ■ Hjerte ■ Blodkar
■
Åndedrætsorganer ■ Hjerte-kar sygdomme ■ Aerob energiproduktion
■
Anaerob energiproduktion ■ Træning ■ Kondition ■ Konditionstest