11 Inngangur að mannslíkamanum

1.4 Lífsskilyrði mannsins

Námsmarkmið

Að þessum hluta loknum munt þú geta gert eftirfarandi:

fjallað um hlutverk súrefnis og næringarefna í að tryggja lífsafkomu mannsins
útskýrt hvers vegna mikill hiti og mikill kuldi ógna lífsafkomu mannsins
útskýrt hvernig þrýstingur lofttegunda og vökva hefur áhrif á lífsafkomu mannsins

Menn hafa aðlagast lífi á jörðinni í að minnsta kosti 200,000 ár. Jörðin og lofthjúpur hennar hafa séð okkur fyrir lofti til að anda, vatni til að drekka og fæðu til að borða, en þetta eru ekki einu lífsskilyrðin. Þótt þú leiðir sjaldan hugann að því getur þú heldur ekki lifað utan ákveðins hitastigs- og þrýstingsbils sem yfirborð reikistjörnunnar og lofthjúpur hennar skapa. Í næstu köflum er fjallað um þessi fjögur lífsskilyrði.

Súrefni

Loftið í andrúmsloftinu inniheldur aðeins um 20 prósent súrefni, en súrefnið er lykilþáttur í þeim efnahvörfum sem halda líkamanum á lífi, þar á meðal hvörfunum sem mynda ATP. Heilafrumur eru sérstaklega viðkvæmar fyrir súrefnisskorti vegna þess að þær þurfa mikla og stöðuga myndun ATP. Líklegt er að heilaskemmdir verði innan fimm mínútna án súrefnis og að dauði verði innan tíu mínútna.

Næringarefni

Hugtakið næringarefni vísar til efnis í mat og drykk sem er nauðsynlegt fyrir lífsafkomu mannsins. Þrír grunnflokkar næringarefna eru vatn; orkugefandi næringarefni og byggingarefni; og örnæringarefni (vítamín og steinefni).

Mikilvægasta næringarefnið er vatn. Eftir umhverfishita og heilsufari getum við ef til vill aðeins lifað í fáeina daga án vatns. Þau efni sem líkaminn notar til starfsemi sinnar eru leyst upp og flutt í vatni og efnahvörf lífsins fara fram í vatni. Vatn er auk þess stærsti efnisþáttur frumna, blóðs og vökvans milli frumna og er um 70 prósent af líkamsmassa fullorðins einstaklings. Vatn hjálpar einnig til við að stjórna innri líkamshita og dempar högg, verndar og smyr liði og margar aðrar byggingar líkamans.

Orkugefandi næringarefnin eru einkum kolvetni og lípíð, en prótín sjá aðallega fyrir amínósýrum sem eru byggingarefni líkamans sjálfs. Þú færð þessi efni úr mat og drykk úr jurta- og dýraríkinu og meltingarkerfið brýtur þau niður í sameindir sem eru nógu smáar til að frásogast. Síðan er hægt að nýta niðurbrotsefni kolvetna og lípíða í efnaskiptaferlum sem umbreyta þeim í ATP. Þótt þér kunni að finnast þú vera að svelta eftir að hafa sleppt einni máltíð getur þú lifað án inntöku orkugefandi næringarefna í nokkrar vikur hið minnsta.

Vatn og orkugefandi næringarefni eru einnig kölluð stórnæringarefni vegna þess að líkaminn þarf mikið magn af þeim. Örnæringarefni eru hins vegar vítamín og steinefni. Þessi frumefni og efnasambönd taka þátt í mörgum nauðsynlegum efnahvörfum og ferlum, svo sem taugaboðum, og sum þeirra, til dæmis kalsíum, eiga einnig þátt í byggingu líkamans. Líkaminn getur geymt sum örnæringarefni í vefjum sínum og nýtt þann forða ef þú færð þau ekki úr fæðunni í nokkra daga eða vikur. Önnur örnæringarefni, svo sem C-vítamín og flest B-vítamín, eru vatnsleysanleg og ekki er hægt að geyma þau. Því þarftu að neyta þeirra daglega eða annan hvern dag.

Þröngt hitastigsbil

Þú hefur líklega séð fréttir af íþróttafólki sem lést af völdum hitaslags eða göngufólki sem lést eftir að hafa orðið fyrir miklum kulda. Slík dauðsföll eiga sér stað vegna þess að efnahvörfin sem líkaminn er háður geta aðeins farið fram á þröngu bili líkamshita, frá því rétt undir 37°C (98.6°F) og upp í rétt yfir það hitastig. Þegar líkamshitinn hækkar langt yfir eða fellur langt undir eðlilegt gildi glata ákveðin prótín (ensím), sem auðvelda efnahvörf, eðlilegri byggingu sinni og starfshæfni og efnahvörf efnaskiptanna geta ekki haldið áfram.

Líkaminn getur þó brugðist vel við þegar hann verður fyrir hita (mynd 1.8) eða kulda í skamman tíma. Eitt af viðbrögðum líkamans við hita er auðvitað svitamyndun. Þegar sviti gufar upp af húðinni fjarlægir hann hluta varmaorkunnar úr líkamanum og kælir hann. Nægilegt vatn úr utanfrumuvökva líkamans er nauðsynlegt til að mynda svita. Því er nægileg vökvainntaka nauðsynleg til að vega upp vökvatapið við svitamyndun. Það kemur ekki á óvart að svitamyndun er mun óvirkara kæliúrræði í röku umhverfi, því loftið er þegar mettað af vatnsgufu. Svitinn á yfirborði húðarinnar getur því ekki gufað upp og innri líkamshiti getur hækkað hættulega mikið.

Ljósmyndin sýnir tvo hvítklædda menn á úlföldum í gróðursnauðri eyðimörk. Tvö strigatjöld sjást í bakgrunni. — **Mynd 1.8.** Menn aðlagast að nokkru leyti þegar þeir verða hvað eftir annað fyrir miklum hita. (ljósmynd: McKay Savage/Flickr)

Líkaminn getur einnig brugðist vel við þegar hann verður fyrir kulda í skamman tíma. Eitt viðbragð við kulda er skjálfti, það er ósjálfráðar vöðvahreyfingar sem mynda hita. Annað viðbragð er aukið niðurbrot geymdra orkuefna til að mynda hita. Þegar þessi orkuforði tæmist og kjarnhiti líkamans fer að lækka verulega missa rauðkorn hins vegar hæfnina til að losa súrefni og heilinn fær þá ekki þennan nauðsynlega þátt í myndun ATP. Súrefnisskorturinn getur valdið rugli, sleni og að lokum meðvitundarleysi og dauða. Líkaminn bregst við kulda með því að draga úr blóðrás til útlima, handa og fóta, svo blóðið kólni ekki þar og miðhluti líkamans geti haldist heitur. Jafnvel þótt kjarnhiti líkamans haldist stöðugur geta vefir sem verða fyrir miklum kulda, einkum í fingrum og tám, orðið fyrir kali þegar blóðflæði til útlima hefur minnkað verulega. Þessar vefjaskemmdir geta orðið varanlegar og leitt til branddreps sem krefst aflimunar á skaddaða svæðinu.

Tenging við daglegt líf

Stýrð ofkæling

Eins og þú hefur lært vinnur líkaminn stöðugt að samhæfðum lífeðlisfræðilegum ferlum til að viðhalda stöðugum hita. Í sumum tilvikum getur þó verið gagnlegt, eða jafnvel lífsbjargandi, að víkja frá þessari stjórnun. Ofkæling er klínískt heiti á óeðlilega lágum líkamshita (hypo- = „fyrir neðan“ eða „undir“). Stýrð ofkæling er ofkæling sem framkölluð er með klínískum aðferðum til að hægja á efnaskiptum í líffæri eða í öllum líkamanum.

Stýrð ofkæling er til dæmis oft notuð við opnar hjartaaðgerðir vegna þess að hún dregur úr efnaskiptaþörf heila, hjarta og annarra líffæra og minnkar þannig hættu á skemmdum. Þegar stýrð ofkæling er notuð við klíníska meðferð fær sjúklingurinn lyf sem koma í veg fyrir skjálfta. Líkaminn er síðan kældur niður í 25–32°C (79–89°F). Hjartað er stöðvað og hjarta- og lungnavél viðheldur blóðrás um líkama sjúklingsins. Hjartað er kælt enn frekar og haldið undir 15°C (60°F) meðan á aðgerðinni stendur. Þetta mjög lága hitastig hjálpar hjartavöðvanum að þola skort á blóðflæði meðan á aðgerðinni stendur.

Sumir bráðalæknar nota stýrða ofkælingu til að draga úr skemmdum á hjarta hjá sjúklingum sem hafa fengið hjartastopp. Á bráðamóttökunni framkallar læknirinn dá og lækkar líkamshita sjúklingsins niður í um það bil 91 gráðu. Þessu ástandi er viðhaldið í 24 klukkustundir og það hægir á efnaskiptum sjúklingsins. Þar sem líffæri hans þurfa minna blóð til að starfa minnkar álagið á hjartað.

Þröngt loftþrýstingsbil

Þrýstingur er kraftur sem efni beitir á annað efni sem það snertir. Loftþrýstingur er þrýstingur frá blöndu lofttegunda (aðallega niturs og súrefnis) í lofthjúpi jarðar. Þótt þú finnir ekki fyrir því þrýstir loftþrýstingurinn stöðugt á líkama þinn. Þessi þrýstingur heldur lofttegundum í líkamanum, svo sem nitri í líkamsvökvum, uppleystum. Ef þér væri skyndilega kastað út úr geimfari fyrir utan lofthjúp jarðar færir þú úr umhverfi með eðlilegum þrýstingi í umhverfi með mjög lágum þrýstingi. Þrýstingur nitursins í blóðinu yrði þá mun meiri en þrýstingur nitursins í geimnum umhverfis líkamann. Nitrið í blóðinu myndi því þenjast út og mynda loftbólur sem gætu stíflað æðar og jafnvel rofið frumur.

Loftþrýstingur gerir meira en að halda lofttegundum blóðsins uppleystum. Hæfni þín til að anda, það er að taka upp súrefni og losa koltvísýring, er einnig háð tilteknum loftþrýstingi. Háfjallaveiki kemur að hluta til fram vegna þess að lofthjúpurinn í mikilli hæð beitir minni þrýstingi. Það dregur úr loftskiptum og veldur mæði, rugli, höfuðverk, sleni og ógleði. Fjallgöngufólk ber með sér súrefni til að draga bæði úr áhrifum lágs súrefnisstyrks og lágs loftþrýstings í mikilli hæð (mynd 1.9).

Ljósmyndin sýnir Everestfjall úr fjarska. Fjallið er stórt, pýramídalaga og klettótt og í forgrunni eru margir minni, snævi þaktir tindar. Ský hylja tind Everestfjalls að hluta. — **Mynd 1.9.** Fjallgöngufólk á Everestfjalli þarf að laga sig að miklum kulda, lágum súrefnisstyrk og lágum loftþrýstingi í umhverfi sem er mannslífi fjandsamlegt. (ljósmynd: Melanie Ko/Flickr)

Truflanir á samvægi

Kafaraveiki

Kafaraveiki (DCS) er ástand þar sem lofttegundir sem voru uppleystar í blóði eða öðrum líkamsvefjum losna úr lausn eftir að þrýstingur á líkamann lækkar. Ástandið getur komið fram hjá köfurum sem koma of hratt upp eftir djúpa köfun og einnig hjá flugmönnum sem fljúga í mikilli hæð í flugvélum með óþrýstu rými. Kafarar kalla ástandið oft „beygjurnar“, með vísun til liðverkja sem eru einkenni kafaraveiki.

Í öllum tilvikum stafar kafaraveiki af lækkun loftþrýstings. Í mikilli hæð er loftþrýstingur mun lægri en við yfirborð jarðar, því þrýstingurinn myndast af þunga loftsúlunnar fyrir ofan líkamann sem þrýstir á hann. Hinn mikli þrýstingur sem kafarar verða fyrir í djúpu vatni stafar með sama hætti af þunga vatnssúlunnar yfir líkamanum. Hjá köfurum kemur kafaraveiki fram við eðlilegan loftþrýsting (við sjávarmál), en hana má rekja til tiltölulega hraðs þrýstingsfalls þegar kafarinn fer úr miklum þrýstingi í djúpu vatni upp í þann þrýsting við sjávarmál sem er lágur í samanburði. Það kemur því ekki á óvart að meiri hætta er á kafaraveiki við köfun í djúpum fjallavötnum, þar sem loftþrýstingur við yfirborð vatnsins er lægri en við sjávarmál, en við köfun í vatni við sjávarmál.

Við kafaraveiki losna lofttegundir sem eru uppleystar í blóðinu, aðallega nitur, hratt úr lausn og mynda loftbólur í blóði og öðrum líkamsvefjum. Þetta gerist vegna þess að þegar þrýstingur lofttegundar yfir vökva lækkar minnkar einnig það magn lofttegundarinnar sem getur haldist uppleyst í vökvanum. Loftþrýstingurinn heldur lofttegundum blóðsins uppleystum við venjulegar aðstæður. Þegar þrýstingurinn lækkar helst minna magn lofttegundar uppleyst. Þú hefur séð þessi áhrif þegar þú opnar gosdrykk. Þegar innsiglið er rofið lækkar þrýstingur lofttegundarinnar yfir vökvanum. Við það myndast loftbólur þegar uppleystar lofttegundir, í þessu tilviki koltvísýringur, losna úr lausn í vökvanum.

Algengustu einkenni kafaraveiki eru liðverkir en höfuðverkur og sjóntruflanir koma fram í 10 til 15 prósent tilvika. Mjög alvarleg kafaraveiki getur leitt til dauða ef hún er ekki meðhöndluð. Tafarlaus meðferð felst í gjöf hreins súrefnis. Síðan er viðkomandi fluttur í háþrýstiklefa. Háþrýstiklefi er styrktur, lokaður klefi þar sem þrýstingur er hærri en loftþrýstingur. Hann meðhöndlar kafaraveiki með því að hækka þrýstinginn á líkamann á ný svo hægt sé að lækka hann mun hægar. Þar sem súrefni berst inn í líkamann undir miklum þrýstingi í háþrýstiklefanum eykst súrefnisstyrkur blóðsins. Við það kemur súrefni í stað hluta nitursins í blóðinu, en líkaminn þolir súrefnið betur þegar það losnar úr lausn.

Hreyfiþrýstingur líkamsvökva er einnig mikilvægur fyrir lífsafkomu mannsins. Blóðþrýstingur er til dæmis sá þrýstingur sem blóðið beitir þegar það flæðir um æðar. Hann verður að vera nægilega mikill til að blóðið nái til allra vefja líkamans en jafnframt nægilega lítill til að viðkvæmar æðarnar þoli núning og kraft hins púlsandi blóðflæðis undir þrýstingi.