Info om  djur   Fråga   Svar   Djurfakta   Artiklar   Källor 

Lunds universitet
Facebook

Kan människor andas vatten? Om våra luftvägar och lungor

Anders Lundquist

En tredimensionell datortomografisk avbildning av de så kallade bronkträden, de starkt förgrenade nedre luftvägarna inuti människans lungor. Man inser lätt att det skulle bli svårt att transportera vatten genom trädens finaste rör, se texten nedan. Bronkträden förgrenar sig cirka 25 gånger, innan de slutar blint i lungblåsorna (alveolerna). Luftstrupen delas först upp i två huvudbronker, en till vardera lungan. Därefter förgrenas huvudbronkerna i sekundärbronker som går till lungornas lober, Vänster lunga är uppdelad i två lober, höger lunga i tre. De finaste förgreningarna och lungblåsorna syns inte på videon, se vidare bilden nedan. Läs om hur människan och andra däggdjur andas på en annan sida. From YouTube, courtesy of Radiologiezentrum Karlsruhe.

Skulle människan kunna andas med gälar? Människan härstammar i och för sig från fiskar med gälar. Vi har också gälbågar under en del av fosterutvecklingen. Men vår kroppsbyggnad har förändrats så mycket under evolutionens gång, att det är helt omöjligt för oss att återbilda gälarna. Man kan då fråga sig om det är möjligt att lära sig att andas vatten med våra lungor. Svaret är återigen nej. Det finns flera orsaker till att våra lungor aldrig skulle kunna fungera som organ för att andas vatten. Alla orsakerna har att göra med de stora skillnaderna mellan luft och vatten.

Kan man andas vatten med lungor?

Vatten har en mycket lägre syrgashalt än luft. Vatten har dessutom en mycket högre densitet ("täthet") än luft, vilket innebär att 1 liter vatten väger enormt mycket mer än 1 liter luft. Detta innebär att vattenandande djur, för att få en given mängd syrgas, måste transportera mycket större volymer medium än luftandande djur. Den massa de behöver transportera är också mycket större. Vatten innehåller cirka 30 gånger mindre mängd syrgasmolekyler per liter än luft och ca 23 000 gånger mindre mängd syrgasmolekyler per kilogram än luft! Våra lungor är anpassade till att andas luft och vattenandning skulle ge en rad problem.

För det första är syrehalten i vatten så låg att vi inte skulle få i oss tillräckligt med syre.

För det andra hade det blivit mycket arbetsammare att andas. Våra luftvägar består av rör och de minsta rören är mycket tunna. Detta innebär att de har en relativt hög resistans ("högt motstånd") mot flöde. Det har mycket liten betydelse när vi andas luft, eftersom luften är så "lättflytande" eller, annorlunda uttryckt, den har mycket låg viskositet. Vatten är mycket mer trögflytande än luft och har alltså mycket högre viskositet. Om vi andades vatten hade därför resistansen i luftvägarna blivit mycket hög. Vi hade då behövt använda allt för stora mängder energi för att andas. Texten fortsätter under faktarutan.

Lungblåsor och alveolgångar hos människa

Lungblåsornas och de nedersta luftvägarnas byggnad

Schematisk bild av de nedre luftvägarnas yttersta grenar hos människan. Efter att ha passerat ett stort antal förgreningar når luften de så kallade respiratoriska bronkiolerna. De saknar de broskringar som håller de grövre förgreningarna utspända. De är försedda med glatt muskulatur, på bilden återgiven som platta ljust röda band. Från de respiratoriska bronkiolerna utgår alveolgångarna. Lungblåsorna (alveolerna) är anslutna till alveolgångarna och sitter runt dem som druvorna i en druvklase sitter runt sitt skaft. Gasutbytet sker framför allt i lungblåsorna och i någon mån i de respiratoriska bronkiolerna och alveolgångarna. Små artärer (arterioler; blå) för syrefattigt blod till de respiratoriska bronkiolerna och lungblåsorna. Ett tätt kapillärnät (grönt) omslingrar alveolerna och utbyter syre och koldioxid med luften i lungblåsorna. Små vener (venoler; mörkt röda) för syrerikt blod tillbaka till hjärtat.
    Respiratoriska bronkioler, alveolgångar och lungblåsor hålls utspända dels av elastisk bindväv mellan dem, dels av ett undertryck utanför dem. Undertrycket uppkommer då de elastiska lungorna drar i lungsäckarna. Lungsäckarna är tillplattade, mycket tunna vätskefyllda säckar, som är belägna mellan lungorna och brösthålans väggar. När lungorna drar i lungsäcksvätskan, sjunker trycket i den och därmed i hela brösthålan. Vätskan kan inte utvidga sig, som en gas kan. Man kan därför säga att lungorna är upphängda i lungsäcksvätskan! Läs om hur däggdjur andas på en annan sida. Courtesy of Patrick J. Lynch, from Wikimedia Commons under Creative Commons Attribution 2.5 Generic license.

För det tredje måste man vid lungandning transportera luften i två riktningar, först in och sedan ut. Detta spelar liten roll då vi andas luft, eftersom luften har hög syrehalt, låg densitet (se ovan) och låg viskositet (se ovan). Vid vattenandning hade förhållandena blivit radikalt annorlunda. För att få i oss samma mängd syre som vi får från ett kilogram luft, hade vi först behövt transportera 23 000 kilogram vatten in i lungorna. Där hade all rörelseenergin gått förlorad i form av värme. Sedan hade vi behövt börja på ny kula och återigen transportera de 23 000 kilona vatten ut ur lungorna. Återigen hade energiförlusterna blivit allt för stora.

För det fjärde skulle det bli problem orsakade av vattentransport med så kallad osmos. Sötvatten har mycket lägre och havsvatten mycket högre totalhalt av lösta ämnen, främst salter, än våra kroppsvätskor. Om vi andades sötvatten skulle därför vatten "sugas" in i lungornas celler med hjälp av så kallad osmos, så att cellerna till slut sprack. Om vi andades havsvatten skulle vatten "sugas" ut ur lungornas celler, så att de krympte för att till slut dö. Texten fortsätter under videon.

Videon visar en undersökning av andningsapparaten hos en människa med hjälp av fiberoptik, så kallad bronkoskopi. I början av videon är ryggsidan överst, buksidan nederst. Videon börjar i struphuvudet (larynx) där man ser de båda vita stämbanden. Man ser också struplocket (epiglottis). När vi sväljer stänger struplocket till struphuvudets mynning, samtidigt som stämbanden sluts ihop. De falska stämbanden (false cords) syns på videon ovanför de äkta stämbanden. Bronkoskopet når sedan luftstrupen (trachea). Luftstrupen hålls utspänd av hästskoformade broskringar. På dess ryggsida (posterior) finns elastisk bindvävnad och glatt muskulatur i det inbuktande längsgående bandet mellan "hästskornas" ändar. Luftstrupen grenar upp sig i vänster (LMB) och höger (RMB) huvudbronk. Den smala kanten mellan huvudbronkerna kallas carina. Huvudbronkerna förgrenar sig sedan till de så kallade bronkträden. I resten av videon undersöks och namnges bronkträdens grövsta förgreningar i de båda lungorna. Bronkträden förgrenar sig upprepade gånger, innan luften når lungblåsorna (alveolerna), där det huvudsakliga gasutbytet sker. Alla delar av träden hålls utspända av broskringar, utom de allra finaste grenarna och lungblåsorna, se bildtexten ovan. Läs om hur däggdjur andas på en annan sida. From YouTube, courtesy of Steve Benington.

Experiment med vätskeandning via lungor

Man gjorde för ganska många år sedan försök med möss som man tvingade ner i vatten. Vattnet hade samma osmotiska egenskaper som mössens kroppsvätskor. Det hade också getts samma syrehalt som luft genom att utsättas för syrgas under högt tryck. Man hade således eliminerat problemen med osmos och syrehalt. Mössen började faktiskt andas vatten. Men andningen var, av de skäl som anges ovan, mycket ansträngd. Dessutom höjdes koldioxidhalten i mössens blod successivt, bland annat på grund andningssvårigheterna. Koldioxiden gjorde att blodet försurades, vilket ledde till att mössen dog efter några minuter. Om man använder vissa flytande så kallade perfluorkolväten i stället för vatten, klarar sig försöksdjuren under en längre tid. Detta beror bland annat på att syrgas har betydligt större löslighet i sådana vätskor än i vatten. Ett mål med dessa försök har varit att finna bättre behandlingsmetoder IRDS, en sjukdom som drabbar för tidigt födda barn, och ARDS, som drabbar vuxna. Båda sjukdomarna kännetecknas bland annat att lungorna blir stela, så att det blir svårt att andas in. Tyvärr har förhoppningarna att använda så kallad partiell vätskeandning vid IRDS och ARDS inte infriats.

Det har föreslagits att mänskliga dykare skulle kunna andas perfluorkolväten i stället för luft vid dyk på stora djup, bland annat för att undvika så kallad dykarsjuka. Men detta är inte ett realistiskt förslag.

Läs om hur är fiskar anpassade till vattenliv, om hur fiskar andas, om gälar, trakéer och lungor och om fiskar som dricker, att leva i saltvatten och sötvatten, på andra sidor.
 

Referenser

L. C. Clark Jr. and F. Gollan: Survival of mammals breathing organic liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure (Science 152:1755-1756, 1966).

J. B. Hancock et al.: Using liquid ventilation to improve lung function in patients with respiratory distress syndrome: a comprehensive review of the literature (AANA Journal 72:218-224, 2004).

I. M. Galvin et al.: Partial liquid ventilation for preventing death and morbidity in adults with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome (Cochrane Library 2013, Issue 7).

R. W. Hill, G. A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).

U. Kaisers, K. P. Kelly, and T. Busch: Liquid ventilation (British Journal of Anaesthesia 91:143-151, 2003).

A. Kaushal, C. G. McDonnell, and M. W. Davies: Partial liquid ventilation for the prevention of mortality and morbidity in paediatric acute lung injury and acute respiratory distress syndrom (Cochrane Library 2013, Issue 2).

E. P. Widmayer, H. Raff, and K. T. Strang: Vander's human physiology (12th ed, McGraw-Hill, 2011).
 

Till början på sidan

Till "Djurfakta"


Zoofysiolog, skribent och webbansvarig:
Anders Lundquist, senior universitetslektor emeritus
Adress: Biologiska institutionen, Lunds universitet, Biologihus B, Sölvegatan 35, 223 62 Lund
Telefon: 046-222 93 53
E-post:
Senast uppdaterad: 20 oktober 2016
Webbplatsen använder kakor. Surfar du vidare, godkänner du detta. Läs mer här.

Creative Commons License
Detta verk är licensierat under en Creative Commons Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar 2.5 Sverige Licens.