Omgivningsfysiologi

Vid enheten för Omgivningsfysiologi studeras betydelsen av omgivningsfaktorer, såsom gravitation, lufttryck och temperatur, för fysiologiska processer hos människa.

En del av Institutionen för fysiologi och farmakologi

Verksamheter i extrema miljöer

Ämnet omgivningsfysiologi förknippas ofta med verksamheter i extrema miljöer, exempelvis flygning, dykning och polar- eller ökenexpeditioner. Men de fysiologiska funktioner som sätts på prov i sådana verksamheter är i regel av grundläggande betydelse för människan även i triviala och vardagliga sammanhang. I den omgivningsfysiologiska metodiken ingår belastning som ett sätt att få de normala mekanismerna bakom en kroppsfunktion att ge sig tillkänna.

Enheten för Omgivningsfysiologi delar personal- och laboratorieresurser med Centrum för flyg- och rymdfysiologi, SAPC.

Profile image

Gunnar Schulte

Tillförordnad gruppledare
+46852487933

Medarbetare och kontakt

Gruppledare

Alla medlemmar i gruppen

Besöksadress

Berzelius väg 13, Solna, 171 65 Solna

Omgivningsfysiologi

Forskningsverksamhet

Den verksamhet som bedrivs för Omgivningsfysiologi rör i stor utsträckning medicinska och fysiologiska problem förekommande i militära sammanhang och forskargruppen skall vara expertstöd åt försvarsmakten (FM) vid beslut som rör fysisk belastning eller risk för fysisk skada på människa. Forskningen finansieras därför till största delen genom anslag från Försvarsmakten. Verksamheten omfattar tre huvudområden som i sin tur består av ett antal delprojekt:

I vissa sammanhang måste människor inte bara vistas utan även utföra hårt fysiskt arbeta i extrema klimat eller på höga höjder. I projektet studeras fysiologiska effekter av arbete i heta klimat, särskilt hos individer som samtidigt bär tät klädsel och tung utrustning, exempelvis militära soldater eller brandsoldater.

Vidare studeras fysiologiska svar vid central nedkylning (hypotermi) och perifer nedkylning. Av särskilt intresse är att undersöka samverkan mellan olika faktorer som enskilt påverkar risk för lokal eller central nedkylning vid köldprovokation. Exempel på sådana faktorer är syrebrist, fysisk trötthet och sömnbrist.

Barofysiologi handlar om hur människan påverkas av omgivningstrycket. Påtagliga förändringar i omgivningstrycket uppkommer t ex när man förflyttar sig till höga höjder eller vid dykning. All levande vävnad påverkas av hydrostatiska tryckförändringar, men vid de relativt moderata förändringar som åstadkoms vid allt utom extremt djup dykning, är effekterna av det hydrostatiska trycket mindre än effekterna av förändringen av gassammansättningen i lungluften som antingen orsakas av det förändrade omgivningstrycket eller av tillförsel av exotiska andningsgaser. Barofysiologi är därför i mångt och mycket läran om hur olika andningsgaser påverkar människans fysiologi. Eftersom människan inte kan vistas under vatten under mer än ett fåtal minuter utan att hon tillförs andningsgas är en betydande del av forskningen inriktad på hur människans fysiologi samspelar med dykapparater.

Gasblandningar och dekompressionstabeller

Inom projektet Gasblandningar och dekompressionstabeller bedrivs utveckling och utprovning av dekompressionstabeller med andra gaser än luft (nitrox, trimix) för marinens speciella behov. Dessutom genomförs experiment inriktade på att öka förståelsen för mekanismerna bakom dekompressionssjuka (dykarsjuka). Arbetet innefattar både datorsimulering och prov med frivilliga försökspersoner.

Fysiologisk anpassning av dykapparater

Projektet Dykapparater omfattar bl a studier av hur människans andningsfysiologi påverkas av andning med dykapparat, samt hur oxygendosering i slutna dykapparater ska övervakas och testas på säkraste sätt.

Höghöjdsfysiologi och hypoxi

Inom projektet Höghöjdsfysiologi och hypoxi genomförs studier för att utröna kroppsliga och mentala effekter av låga oxygenpartialtryck och vistelse vid hög höjd. Såväl akuta som långtidseffekter undersöks. I projektet undersöks även faktorer som påverkar risken för höghöjdsdekompressionssjuka i samband med flygning med lågt kabintryck.

Forskningen i flygfysiologi omfattar tre delområden: Spatial desorientering (SD), förhöjd tyngdkraft, tyngdlöshet.

Spatial desorientering

Spatial desorientering (rumsliga sinnesvillor) är den viktigaste enskilda förklaringsfaktorn för haverier vid flygning. Spatial desorientering uppkommer eftersom det vid flygning ofta saknas yttre synreferenser samtidigt som innerörats balansorgan inte kan ge adekvat information om vissa rörelsemönster eller tolka förändringar i tyngdkraftens storlek. Vid avdelningen studeras bl.a. hur komplex stimulering av balanssinnet i centrifug och/eller flygplan inverkar på spatial orienteringsförmåga.

Förhöjd tyngdkraft

Vid flygning i högprestandaplan utsätts piloten för tyngdkrafter som kan vara upp till 9 gånger jordens tyngdkraft (9G), vilket leder till stor belastning på flera av kroppens organsystem. Exempelvis, för att upprätthålla adekvat artärtryck i huvudhöjd då man exponeras för 9G i huvud-fot-riktning måste artärtrycket i hjärthöjd höjas till tre gånger det normala. Detta åstadkoms med hjälp av trycksättning av G-byxor och andningsgas men även genom att piloten utför artärtryckshöjande muskelanspänningsmanövrer. Vid enheten studeras fysiologiska effekter av förhöjd G-belastning och utvecklas G-skydds-utrustning/tekniker.

Tyngdlöshet

Flera av de fysiologiska omställningar som uppkommer vid vistelse i tyngdlöshet kan framkallas med hjälp av olika simuleringstekniker, av vilka långvarig, kontinuerlig sängbundenhet, i horisontalläge eller med lätt sänkt huvudända, är den vanligaste. Vid avdelningen studeras fysiologiska effekter – kardiovaskulära, muskuloskelettala, metabola - av långvarig sängbundenhet. Experimenten genomförs i regel i multinationella samarbetsprojekt. Kortvarigt kan tyngdlöshet framkallas genom kontrollerat fritt fall i flygplan, s.k. parabolflygning. Omgivningsfysiologigruppen använder även denna teknik för att studera hur kroppsliga funktioner påverkas av tyngdlöshet.

Försöksanläggningar

Mycket av den utrustning som används vid avdelningen för omgivningsfysiologi har skapats med anledning av de praktiska problem människan konfronterats med vid flygning och dykning.

Centrifuger

Gondolcentrifugen i Solna, som vid en periferihastighet på c:a 117 km/h genererar 15 gånger jordens tyngdkraft, byggdes med anledning av det stora antal militära flyghaverier som orsakades av medvetandeförlust vid avancerad flygning. Här kunde piloter träna förmågan att upprätthålla blodtrycket i hjärnan vid höga G-tal. Centrifugen används dock huvudsakligen för forskning och teknikutveckling, exempelvis för utveckling av G-skyddsutrustning och för grundfysiologiska studier av bl.a. blodcirkulation, andning (lungfunktion) och balanssinne.

Den omgivningsfysiologiska gruppen bedriver experimentell verksamhet även i den centrifug som finns på Malmslätt utanför Linköping. Med en radie på 9,1 meter (från rotationscentrum till gondolens centrum) och ett maskineri på över 90 ton har denna centrifug kapacitet att på någon sekund accelerera till en periferihastighet på 150 km/h. I gondolen finns en av världens mest avancerade flygsimulatorer, den s.k. Dynamiska flygsimulatorn (DFS), med vars hjälp piloten/försökspersonen kan "flyga" högprestandaplan i virtuell omvärldspresentation och även själv reglera G-kraften i huvud-fot-riktning genom att simulera svängar med olika radie och hastighet.

Den forskning som bedrivs här handlar främst om riskfaktorer vid flygning i militära högprestandaplan och helikoptrar, exempelvis G-inducerad medvetslöshet och rumslig desorientering. Med separata motorer kan gondolen vridas oberoende av den resulterande G-vektorn, vilket innebär unika möjligheter att studera hur människans rumsliga orienteringsförmåga beror av balansorganets olika delar.

Tryckkammare och bassänger

De verktyg som används för att studera effekten av ändrat omgivningstryck är framför allt tryckkamrar. Vid laboratoriet har omgivningsfysiologigruppen både en undertryckskammare där man kan simulera vistelse på hög höjd (>20 000 m.ö.h.) och en övertryckskammare där man kan simulera djupdykning (150 m vattendjup). Gruppen har ett tätt samarbete med svenska marinen och har tillgång till de strömnings- och djupbassänger och den avancerade tryckkammaranläggning som finns vid Marinens Dykeri och Navalmedicinska centrum (DNC) i Karlskrona.

Kontakt

Hans Berg

Anknuten till Forskning

Andreas Brink

Anknuten till Forskning

Antonis Elia

Anknuten till Forskning

Mikael Gennser

Anknuten till Forskning

Michail Keramidas

Anknuten till Forskning

Roger Kölegård

Anknuten till Forskning

Maaike Moes

Anknuten till Forskning

Lena Norrbrand

Anknuten till Forskning

Dilja Sayfulaeva

Anknuten till Forskning

Rickard Ånell

Anknuten till Forskning

Team - Lars Karlsson

Vår forskning

Vår forskargrupp använder förändringar i den fysiska miljön som verktyg för att undersöka fysiologiska och patofysiologiska processer hos människor. Vi har tillgång till tryckkammare för höjd- och dyksimulationer, en vattentank för studier av nedsänkning i vatten, och en humancentrifug för att mäta exponering av hög gravitation.

Experiment i tyngdlöshet görs under parabolflygning och under rymdfärder i samarbete med European Space Agency, ESA och National Aeronautics and Space Administration, NASA.

Projekt

Effekterna av tyngdkraften på lungornas funktion

Lungventilation och lungblodflöde har studerats vid tyngdlöshet under rymdfärder och vid en ökad tyngdkraft i humancentrifug. Nya upptäckter som bygger på inandning och upptag av interna gaser pekar på att gravitationsrelaterade faktorer är mindre viktiga för lungventilationen än man tidigare trott, och att bara interregional men inte intraregional inhomogeneitet i lungblodflödet beror på tyngdkraft.

En ökad förståelse för effekterna av tyngdkraften på lungornas funktion har betydelse för intensivvårdspatienter. Vi har studerat den topografiska fördelningen av lungventilation och lungblodflöde vid ökad gravitation i rygg- och bukläge hos människor för att skapa en modell för den bristande anpassningen mellan lungventilation och lungblodflöde som ses vid lungsvikt.

Blodtrycksproblem efter rymdfärder eller långvarigt sängläge

Efter långvarigt sängläge eller efter rymdvistelse observeras ofta svårigheter att hålla blodtrycket uppe i stående position. Vi studerar hur dessa blodtrycksproblem utvecklas under långvarigt sängläge eller under rymdfärder, och hur återhämtningen till normal blodtrycksreglering sker efter sängläge eller vistelse i rymden.

Nya fynd talar för att problemen inte ligger i själva blodtrycksregleringen, utan snarare i hjärtats pumpfunktion och i blodkärlens sammandragningsförmåga. Fynden kan ha betydelse för rehabilitering av patienter efter sjukdomar, skador eller operationer som leder till långvarigt sängläge.

Nya diagnostiska och terapeutiska metoder vid lungemboli

Dykare riskerar att få gasbubblor i vävnad och blod under tryckutjämning. Detsamma gäller för astronauter och piloter vid extrema höjder. Vi har visat att venös gasemboli - gasbubblor som oftast filtreras ut av lungorna utan att orsaka dykarsjuka - ändrar halten av kväveoxid i lungorna. Liknande förändringar i halten av koldioxid uppstår vid lungemboli. Genom studier av venös gasemboli kan man utveckla nya diagnostiska och terapeutiska metoder för patienter med lungemboli.

Finansiärer

Utvalda publikationer

Kontakt

Profile image

Lars Karlsson

Senior Forskare
+46852486890
Profile image

Dag Linnarsson

Professor
+46852482934