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

Start
Medarbetare och kontakt
Omgivningsfysiologi
Team - Lars Karlsson

Gunnar Schulte

Tillförordnad gruppledare

Telefon: +46852487933

E-post: gunnar.schulte@ki.se

Medarbetare och kontakt

Gruppledare

Gunnar Schulte
Professor | Docent
Telefon +46852487933
E-postadress gunnar.schulte@ki.se

Alla medarbetare i gruppen

Hans Berg
Docent
E-postadress hans.berg@ki.se
Andreas Brink
E-postadress andreas.brink@ki.se
Antonis Elia
E-postadress antonis.elia@ki.se
Mikael Gennser
E-postadress mikael.gennser@ki.se
Lars Karlsson
Senior Forskare
Telefon +46852486890
E-postadress lars.karlsson@ki.se
Michail Keramidas
Biträdande Lektor | Docent
E-postadress michail.keramidas@ki.se
Roger Kölegård
E-postadress roger.kolegard@ki.se
Dag Linnarsson
Professor
Telefon +46852482934
E-postadress dag.linnarsson@ki.se
Maaike Moes
E-postadress maaike.moes.2@ki.se
Lena Norrbrand
E-postadress lena.norrbrand@ki.se
Dilja Sayfulaeva
E-postadress dilja.sayfulaeva@ki.se
Gunnar Schulte
Professor | Docent
Telefon +46852487933
E-postadress gunnar.schulte@ki.se

Besöksadress

Berzelius väg 13, Solna, 171 65 Solna

Omgivningsfysiologi

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.

M. I. Moes et al., "Combined effects of mild hypothermia and nitrous-oxide-induced narcosis on manual and cognitive performance," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 326, no. 3, pp. R197-R209, 2024.
M. Beato et al., "Current Guidelines for the Implementation of Flywheel Resistance Training Technology in Sports : A Consensus Statement," Sports Medicine, vol. 54, no. 3, pp. 541-556, 2024.
M. Beato et al., "Current Guidelines for the Implementation of Flywheel Resistance Training Technology in Sports: A Consensus Statement," in European College of Sport Science 2024, Glasgow, UK, 2-5 July 2024, 2024.
A. Elia et al., "Effects of hyperventilation on repeated breath-holding while in a fasting state: do risks outweigh the benefits?," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 326, pp. R319-R329, 2024.
A. Brink et al., "Factors of significance for the ability of fighter pilots to visually indicate the magnitude of roll tilt during simulated turns in a centrifuge," Perception, vol. 53, no. 2, pp. 75-92, 2024.
L. Norrbrand, B. Johannesson and M. Grönkvist, "Increased Metabolic Demand During Nighttime Walking in Hilly Forest Terrain While Wearing Night Vision Goggles," Military medicine, 2024.
M. E. Keramidas et al., "Repetitive high-sustained gravitoinertial stress does not modulate pressure responsiveness to peripheral sympathetic stimulation," European Journal of Applied Physiology, vol. 124, no. 4, pp. 1253-1258, 2024.
A. Elia et al., "Stress biomarker changes following a series of repeated static and dynamic apneas in non-divers," Respiratory Physiology & Neurobiology, vol. 323, 2024.
P. Ferentinos et al., "A Case Study : The Impact Of A 24-Week Home-Based Exercise Intervention And An L-Leucine/ Vitamin D3-Enriched Essential Amino Acid Supplement On Body Composition, Muscle Strength And Function In A Female With Multiple Sclerosis," Aging Clinical and Experimental Research, vol. 35, pp. S558-S558, 2023.
O. Eiken et al., "Decompression strain in parachute jumpmasters during simulated high-altitude missions : a special reference to preoxygenation strategies.," European Journal of Applied Physiology, 2023.
F. Gottschalk et al., "Eccentric exercise 24 h prior to hypobaric decompression increases decompression strain," European Journal of Applied Physiology, vol. 123, no. 9, pp. 2001-2011, 2023.
L. Norrbrand et al., "Evaluation of physical demands of logistic soldiers in the Swedish Armed Forces," in The 6th International Congress on Soldiers Physical Performance, London, UK, 12 – 14 September 2023, 2023.
T. Ispoglou et al., "Exploring the impact of exercise and essential amino acid plus cholecalciferol supplementation on physical fitness and body composition in multiple sclerosis : A case study," Clinical Case Reports, vol. 11, no. 6, 2023.
M. E. Keramidas et al., "In vivo pressure-flow relation of human cutaneous vessels following prolonged iterative exposures to hypergravity," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 325, no. 1, pp. R21-R30, 2023.
L. Norrbrand et al., "Increased Metabolic Demand During Outside Walking in Darkness With No Vision or With Visual Aid," Military medicine, vol. 188, no. 9-10, pp. e3118-e3126, 2023.
M. Sjöberg et al., "Influence of gravity on biomechanics in flywheel squat and leg press.," Sports Biomechanics, vol. 22, no. 6, pp. 767-783, 2023.
M. Sjöberg et al., "Lumbar Loads and Muscle Activity During Flywheel and Barbell Leg Exercises," Journal of Strength and Conditioning Research, vol. 37, no. 1, pp. 27-34, 2023.
L. Norrbrand, "May wearing a ventilated vest be beneficial for temperature regulation in a cold environment.," in Cold Weather Operation Conference 2023, Hamar, Norway, 14–16 November 2023, 2023.
M. Moes et al., "Nitrous oxide consistently attenuates thermogenic and thermoperceptual responses to repetitive cold stress in humans," Journal of applied physiology, vol. 135, no. 3, pp. 631-641, 2023.
M. D. Koskolou et al., "Physiological responses of anemic women to exercise under hypoxic conditions," Physiologia, vol. 3, no. 2, pp. 247-258, 2023.
A. Tribukait et al., "Visual measures of perceived roll tilt in pilots during coordinated flight and gondola centrifugation.," Journal of Vestibular Research-Equilibrium & Orientation, vol. 33, no. 1, pp. 1-19, 2023.
M. E. Keramidas et al., "Acral skin vasoreactivity and thermosensitivity to hand cooling following 5 days of intermittent whole body cold exposure," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 323, no. 1, pp. R1-R15, 2022.
J. Van Cutsem et al., "Adult Female Sleep During Hypoxic Bed Rest," Frontiers in Neuroscience, vol. 16, 2022.
L. Norrbrand, "Biomechanical loading, muscle activation, and training response with flywheel resistance exercise," in Swedish Society of Biomechanics meeting 2022, 2022.
A. Elia et al., "Cerebral, cardiac and skeletal muscle stress associated with a series of static and dynamic apnoeas," Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, vol. 32, no. 1, pp. 233-241, 2022.
M. J. Lees et al., "Challenges of rapamycin repurposing as a potential therapeutic candidate for COVID-19 : implications for skeletal muscle metabolic health in older persons," American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism, vol. 322, no. 6, pp. E551-E555, 2022.
E. Rosa et al., "Cognitive performance, fatigue, emotional, and physiological strains in simulated long-duration flight missions," Military Psychology, vol. 34, no. 2, pp. 224-236, 2022.
O. Eiken et al., "Effects of vision on energy expenditure and kinematics during level walking," European Journal of Applied Physiology, 2022.
I. B. Mekjavic et al., "Energy Intake of Men With Excess Weight During Normobaric Hypoxic Confinement.," Frontiers in Physiology, vol. 12, 2022.
O. Eiken et al., "Human cardiovascular adaptation to hypergravity.," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 322, no. 6, pp. R597-R608, 2022.
A. Elia et al., "Inter- and Intra-Rater Level of Agreement in Ultrasonic Video Grading of Venous Gas Emboli," Aerospace Medicine and Human Performance, vol. 93, no. 1, pp. 54-57, 2022.
R. Ånell et al., "Intra-Individual Test-Retest Variation Regarding Venous Gas Bubble Formation During High Altitude Exposures.," Aerospace Medicine and Human Performance, vol. 93, no. 1, pp. 46-49, 2022.
L. Norrbrand et al., "Metabolic Demands and Kinematics During Level Walking in Darkness With No Vision or With Visual Aid," Military medicine, vol. 188, no. 7-8, pp. e2010-e2017, 2022.
L. Norrbrand, "Muscle activation, biomechanical loading and hypertrophy with flywheel resistance exercise.," in European College of Sport Science ECSS 2022, Sevilla, Spain, 30 Aug - 02 Sep 2022, 2022.
P. Lindholm et al., "Profound hypercapnia but only moderate hypoxia found during underwater rugby play," Undersea & Hyperbaric Medicine, vol. 49, no. 3, pp. 367-372, 2022.
A. Rosén et al., "Protein tau concentration in blood increases after SCUBA diving : an observational study," European Journal of Applied Physiology, vol. 122, no. 4, pp. 993-1005, 2022.
A. Rosén et al., "Reply to Dr. Arieli regarding our article protein tau concentration in blood increases after SCUBA diving : an observational study published in European journal of applied physiology 2022;122:993-1005," European Journal of Applied Physiology, vol. 122, no. 10, pp. 2317-2318, 2022.
A. Elia et al., "The effect of dietary intake on apneic performance, cardiovascular and splenic responses during repeated breath holds," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 323, no. 6, pp. R839-R848, 2022.
F. von Walden et al., "Acute endurance exercise stimulates circulating levels of mitochondrial derived peptides in humans," Journal of applied physiology, vol. 131, no. 3, pp. 1035-1042, 2021.
O. Eiken et al., "Adaptation to 5 weeks of intermittent local vascular pressure increments; Mechanisms to be considered in the development of primary hypertension?," American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology, vol. 320, no. 4, pp. H1303-H1312, 2021.
E. Rosa et al., "Associations between fatigue, emotion and cognitive performance in long-duration flight missions," Aerospace Medicine and Human Performance, 2021.
M. Sjöberg et al., "Comparison of Joint and Muscle Biomechanics in Maximal Flywheel Squat and Leg Press," Frontiers in Sports and Active Living, vol. 3, 2021.
R. Ånell, "Decompression strain during long-duration, high-altitude exposures : Effects of intermittent excursions to moderate altitude and inspired fractions of oxygen," Doctoral thesis Solna : Kungliga Tekniska högskolan, TRITA-CBH-FOU, 2021:28, 2021.
M. E. Keramidas et al., "Differential responsiveness of glabrous and non-glabrous skin to local transmural pressure elevations; the impact of 5 weeks of iterative local pressure loading," American Journal of Physiology. Regulatory Integrative and Comparative Physiology, vol. 321, no. 5, pp. R742-R750, 2021.
R. J. Croft et al., "Effects of Acceleration-Induced Reductions in Retinal and Cerebral Oxygenation on Human Performance.," Aerospace Medicine and Human Performance, vol. 92, no. 2, pp. 75-82, 2021.
S. N. Kounalakis et al., "Exercise temperature regulation following a 35-day horizontal bedrest.," Experimental Physiology, vol. 106, no. 7, pp. 1498-1507, 2021.
E. Rosa et al., "Fatigue, Emotion, and Cognitive Performance in Simulated Long-Duration, Single-Piloted Flight Missions," Aerospace Medicine and Human Performance, vol. 92, no. 9, pp. 710-719, 2021.
M. E. Keramidas et al., "Finger constrictor and thermoperceptual responsiveness to localised cooling following 5 weeks of intermittent regional exposures to moderately augmented transmural vascular pressure," Microvascular Research, 2021.
U. Ciuha et al., "Heat acclimation enhances the cold-induced vasodilation response.," European Journal of Applied Physiology, vol. 121, no. 11, pp. 3005-3015, 2021.
M. Grönkvist et al., "Heat Strain with Two Different Ventilation Vests During a Simulated 3-Hour Helicopter Desert Mission," Aerospace Medicine and Human Performance, vol. 92, no. 4, pp. 248-256, 2021.

Kontakt

Michail Keramidas

Biträdande Lektor

E-post: michail.keramidas@ki.se

Roger Kölegård

E-post: roger.kolegard@ki.se

Maaike Moes

E-post: maaike.moes.2@ki.se

Lena Norrbrand

E-post: lena.norrbrand@ki.se

Dilja Sayfulaeva

E-post: dilja.sayfulaeva@ki.se

Rickard Ånell

Anknuten till Forskning

Team - Lars Karlsson

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.