Comparative Anatomy of the Respiratory Systems in High Altitude vs. Low Altitude Populations
Creators
- 1. University of Lahore
- 2. University of Veterinary and Animal Sciences
- 3. Usmanu Danfodiyo University
- 4. Allama Iqbal Medical College
Description
Background: The comparative anatomy of the respiratory systems in high-altitude versus low-altitude populations offers significant insights into human adaptation to hypoxic conditions. High-altitude populations, exposed to chronic hypobaric hypoxia, exhibit distinct physiological adaptations that enhance oxygen uptake, transport, and utilization. This study investigates these adaptations by comparing the respiratory systems of high-altitude and low-altitude residents. Objective: To compare the respiratory anatomy and function between high-altitude and low-altitude populations, elucidating the physiological adaptations to chronic hypoxia. Methods: A cross-sectional survey was conducted at the University Institute of Physical Therapy, University of Lahore, Pakistan. The study included 200 participants, with 100 individuals from high-altitude regions (>2,500 meters) and 100 from low-altitude regions (sea level). Inclusion criteria required participants to be aged 18-60 years, non-smokers, and free from chronic respiratory or cardiovascular diseases. Data collection involved medical history interviews, physical examinations, spirometry to measure forced vital capacity (FVC) and forced expiratory volume in one second (FEV1), chest radiographs to evaluate lung volumes and structural differences, and blood tests for hemoglobin concentration. Respiratory muscle strength was assessed using maximal inspiratory and expiratory pressures. Statistical analysis was performed using SPSS version 25, with independent t-tests and chi-square tests used for comparisons, and multivariate regression analysis to adjust for confounders. Results: The high-altitude group demonstrated significantly higher hemoglobin levels (17.5 ± 1.2 g/dL) compared to the low-altitude group (14.2 ± 1.1 g/dL, p < 0.001). Lung volumes, including FVC (4.8 ± 0.7 L vs. 4.1 ± 0.6 L, p < 0.001) and FEV1 (4.0 ± 0.5 L vs. 3.4 ± 0.4 L, p < 0.001), were significantly greater in the high-altitude group. Total lung capacity was also higher (6.3 ± 0.8 L vs. 5.5 ± 0.7 L, p < 0.001), as was alveolar surface area (130 ± 15 m² vs. 110 ± 10 m², p < 0.001). Respiratory muscle strength measurements showed higher maximal inspiratory pressure (130 ± 20 cmH₂O vs. 110 ± 18 cmH₂O, p < 0.001) and maximal expiratory pressure (160 ± 22 cmH₂O vs. 140 ± 20 cmH₂O, p < 0.001) in the high-altitude group. Conclusion: High-altitude populations exhibit significant respiratory adaptations, including increased lung volumes, enhanced alveolar surface area, higher hemoglobin concentrations, and improved respiratory muscle strength, to cope with chronic hypoxia. These findings enhance the understanding of human adaptation to extreme environments and have implications for medical practice in managing hypoxia-related conditions. Keywords: High-Altitude Adaptation, Respiratory System, Chronic Hypoxia, Lung Volumes, Hemoglobin Concentration, Respiratory Muscle Strength, Physiological Adaptations, Hypobaric Hypoxia
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
معلومات أساسية: يوفر التشريح المقارن للجهاز التنفسي في الارتفاعات العالية مقابل الارتفاعات المنخفضة رؤى مهمة حول تكيف الإنسان مع حالات نقص الأكسجين. يُظهر السكان على ارتفاعات عالية، المعرضون لنقص الأكسجة المزمن، تكيفات فسيولوجية مميزة تعزز امتصاص الأكسجين ونقله واستخدامه. تبحث هذه الدراسة في هذه التعديلات من خلال مقارنة الجهاز التنفسي للمقيمين على ارتفاعات عالية ومنخفضة. الهدف: مقارنة تشريح الجهاز التنفسي والوظيفة بين السكان على ارتفاعات عالية ومنخفضة، وتوضيح التكيفات الفسيولوجية لنقص الأكسجة المزمن. الأساليب: تم إجراء مسح مستعرض في المعهد الجامعي للعلاج الطبيعي، جامعة لاهور، باكستان. شملت الدراسة 200 مشارك، مع 100 فرد من مناطق الارتفاعات العالية (>2500 متر) و 100 من مناطق الارتفاعات المنخفضة (مستوى سطح البحر). تتطلب معايير الإدماج أن يكون المشاركون تتراوح أعمارهم بين 18 و 60 عامًا، وغير المدخنين، وأن يكونوا خاليين من أمراض الجهاز التنفسي أو القلب والأوعية الدموية المزمنة. تضمن جمع البيانات مقابلات التاريخ الطبي، والفحوصات البدنية، وقياس التنفس لقياس السعة الحيوية القسرية (FVC) وحجم الزفير القسري في ثانية واحدة (FEV1)، والصور الشعاعية للصدر لتقييم أحجام الرئة والاختلافات الهيكلية، واختبارات الدم لتركيز الهيموغلوبين. تم تقييم قوة عضلات الجهاز التنفسي باستخدام أقصى ضغوط الشهيق والزفير. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام SPSS الإصدار 25، مع استخدام اختبارات t المستقلة واختبارات مربع كاي للمقارنات، وتحليل الانحدار متعدد المتغيرات لضبط العوامل المربكة. النتائج: أظهرت المجموعة عالية الارتفاع مستويات هيموجلوبين أعلى بكثير (17.5 ± 1.2 جم/ديسيلتر) مقارنة بالمجموعة منخفضة الارتفاع (14.2 ± 1.1 جم/ديسيلتر، p < 0.001). كانت أحجام الرئة، بما في ذلك FVC (4.8 ± 0.7 L مقابل 4.1 ± 0.6 L، p < 0.001) و FEV1 (4.0 ± 0.5 L مقابل 3.4 ± 0.4 L، p < 0.001)، أكبر بكثير في مجموعة الارتفاعات العالية. كانت سعة الرئة الإجمالية أعلى أيضًا (6.3 ± 0.8 لتر مقابل 5.5 ± 0.7 لتر، p < 0.001)، كما كانت مساحة السطح السنخي (130 ± 15 مترمربع مقابل 110 ± 10 مترمربع، p < 0.001). أظهرت قياسات قوة العضلات التنفسية ارتفاع ضغط الشهيق الأقصى (130 ± 20 سمH₂O مقابل 110 ± 18 سمH₂O، p < 0.001) وضغط الزفير الأقصى (160 ± 22 سمH₂O مقابل 140 ± 20 سمH₂O، p < 0.001) في مجموعة الارتفاعات العالية. الاستنتاج: تظهر المجموعات السكانية عالية الارتفاع تكيفات تنفسية كبيرة، بما في ذلك زيادة أحجام الرئة، وتعزيز مساحة السطح السنخي، وارتفاع تركيزات الهيموغلوبين، وتحسين قوة عضلات الجهاز التنفسي، للتعامل مع نقص الأكسجة المزمن. تعزز هذه النتائج فهم التكيف البشري مع البيئات القاسية ولها آثار على الممارسة الطبية في إدارة الحالات المرتبطة بنقص الأكسجة. الكلمات المفتاحية: التكيف على ارتفاعات عالية، الجهاز التنفسي، نقص الأكسجة المزمن، أحجام الرئة، تركيز الهيموغلوبين، قوة العضلات التنفسية، التكيف الفسيولوجي، نقص الأكسجة الناجم عن نقص ضغط الدمTranslated Description (French)
Contexte : L'anatomie comparative des systèmes respiratoires dans les populations de haute altitude par rapport aux populations de basse altitude offre des informations importantes sur l'adaptation humaine aux conditions hypoxiques. Les populations de haute altitude, exposées à une hypoxie hypobare chronique, présentent des adaptations physiologiques distinctes qui améliorent l'absorption, le transport et l'utilisation de l'oxygène. Cette étude étudie ces adaptations en comparant les systèmes respiratoires des résidents de haute altitude et de basse altitude. Objectif : Comparer l'anatomie et la fonction respiratoire entre les populations de haute et de basse altitude, en élucidant les adaptations physiologiques à l'hypoxie chronique. Méthodes : Une enquête transversale a été menée à l'Institut universitaire de physiothérapie de l'Université de Lahore, au Pakistan. L'étude a inclus 200 participants, dont 100 personnes originaires de régions de haute altitude (>2 500 mètres) et 100 de régions de basse altitude (niveau de la mer). Les critères d'inclusion exigeaient que les participants soient âgés de 18 à 60 ans, non-fumeurs et exempts de maladies respiratoires ou cardiovasculaires chroniques. La collecte de données comprenait des entretiens sur les antécédents médicaux, des examens physiques, la spirométrie pour mesurer la capacité vitale forcée (CVF) et le volume expiratoire forcé en une seconde (VEMS), des radiographies thoraciques pour évaluer les volumes pulmonaires et les différences structurelles, et des tests sanguins pour la concentration d'hémoglobine. La force musculaire respiratoire a été évaluée en utilisant les pressions inspiratoires et expiratoires maximales. L'analyse statistique a été réalisée à l'aide de la version 25 de SPSS, avec des tests t indépendants et des tests de chi-carré utilisés pour les comparaisons, et une analyse de régression multivariée pour ajuster les facteurs de confusion. Résultats : Le groupe de haute altitude a démontré des taux d'hémoglobine significativement plus élevés (17,5 ± 1,2 g/dL) par rapport au groupe de basse altitude (14,2 ± 1,1 g/dL, p < 0,001). Les volumes pulmonaires, y compris la CVF (4,8 ± 0,7 L vs 4,1 ± 0,6 L, p < 0,001) et le VEMS (4,0 ± 0,5 L vs 3,4 ± 0,4 L, p < 0,001), étaient significativement plus élevés dans le groupe à haute altitude. La capacité pulmonaire totale était également plus élevée (6,3 ± 0,8 L vs 5,5 ± 0,7 L, p < 0,001), tout comme la surface alvéolaire (130 ± 15 m² vs 110 ± 10 m², p < 0,001). Les mesures de la force musculaire respiratoire ont montré une pression inspiratoire maximale plus élevée (130 ± 20 cmH₂O contre 110 ± 18 cmH₂O, p < 0,001) et une pression expiratoire maximale (160 ± 22 cmH₂O contre 140 ± 20 cmH₂O, p < 0,001) dans le groupe de haute altitude. Conclusion : Les populations de haute altitude présentent des adaptations respiratoires significatives, y compris des volumes pulmonaires accrus, une surface alvéolaire améliorée, des concentrations d'hémoglobine plus élevées et une force musculaire respiratoire améliorée, pour faire face à l'hypoxie chronique. Ces résultats améliorent la compréhension de l'adaptation humaine aux environnements extrêmes et ont des implications pour la pratique médicale dans la gestion des conditions liées à l'hypoxie. Mots-clés : Adaptation à haute altitude, Système respiratoire, Hypoxie chronique, Volumes pulmonaires, Concentration en hémoglobine, Force musculaire respiratoire, Adaptations physiologiques, Hypoxie hypobareTranslated Description (Spanish)
Antecedentes: La anatomía comparativa de los sistemas respiratorios en poblaciones de gran altitud frente a poblaciones de baja altitud ofrece información significativa sobre la adaptación humana a condiciones hipóxicas. Las poblaciones de gran altitud, expuestas a la hipoxia hipobárica crónica, exhiben distintas adaptaciones fisiológicas que mejoran la absorción, el transporte y la utilización de oxígeno. Este estudio investiga estas adaptaciones comparando los sistemas respiratorios de los residentes de gran altitud y baja altitud. Objetivo: Comparar la anatomía y función respiratoria entre poblaciones de gran altitud y baja altitud, dilucidando las adaptaciones fisiológicas a la hipoxia crónica. Métodos: Se realizó una encuesta transversal en el Instituto Universitario de Fisioterapia de la Universidad de Lahore, Pakistán. El estudio incluyó a 200 participantes, con 100 individuos de regiones de gran altitud (>2.500 metros) y 100 de regiones de baja altitud (nivel del mar). Los criterios de inclusión requerían que los participantes tuvieran entre 18 y 60 años, fueran no fumadores y estuvieran libres de enfermedades respiratorias o cardiovasculares crónicas. La recopilación de datos incluyó entrevistas de historia clínica, exámenes físicos, espirometría para medir la capacidad vital forzada (FVC) y el volumen espiratorio forzado en un segundo (FEV1), radiografías de tórax para evaluar los volúmenes pulmonares y las diferencias estructurales, y análisis de sangre para la concentración de hemoglobina. La fuerza muscular respiratoria se evaluó utilizando presiones inspiratorias y espiratorias máximas. El análisis estadístico se realizó utilizando SPSS versión 25, con pruebas t independientes y pruebas de chi-cuadrado utilizadas para comparaciones, y análisis de regresión multivariante para ajustar los factores de confusión. Resultados: El grupo de gran altitud demostró niveles de hemoglobina significativamente más altos (17.5 ± 1.2 g/dL) en comparación con el grupo de baja altitud (14.2 ± 1.1 g/dL, p < 0.001). Los volúmenes pulmonares, incluyendo FVC (4.8 ± 0.7 L vs. 4.1 ± 0.6 L, p < 0.001) y FEV1 (4.0 ± 0.5 L vs. 3.4 ± 0.4 L, p < 0.001), fueron significativamente mayores en el grupo de gran altitud. La capacidad pulmonar total también fue mayor (6,3 ± 0,8 L vs. 5,5 ± 0,7 L, p < 0,001), al igual que el área de superficie alveolar (130 ± 15 m² vs. 110 ± 10 m², p < 0,001). Las mediciones de la fuerza muscular respiratoria mostraron una presión inspiratoria máxima más alta (130 ± 20 cmH2O frente a 110 ± 18 cmH2O, p < 0.001) y una presión espiratoria máxima (160 ± 22 cmH2O frente a 140 ± 20 cmH2O, p < 0.001) en el grupo de gran altitud. Conclusión: Las poblaciones de gran altitud exhiben adaptaciones respiratorias significativas, que incluyen un aumento de los volúmenes pulmonares, una mayor superficie alveolar, mayores concentraciones de hemoglobina y una mejor fuerza muscular respiratoria, para hacer frente a la hipoxia crónica. Estos hallazgos mejoran la comprensión de la adaptación humana a entornos extremos y tienen implicaciones para la práctica médica en el manejo de afecciones relacionadas con la hipoxia. Palabras clave: Adaptación a gran altitud, Sistema respiratorio, Hipoxia crónica, Volúmenes pulmonares, Concentración de hemoglobina, Fuerza muscular respiratoria, Adaptaciones fisiológicas, Hipoxia hipobáricaFiles
967.pdf
Files
(345.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:137d67bdcb30037bbc2d8a6995a4aaff
|
345.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التشريح المقارن للجهاز التنفسي في الارتفاعات العالية مقابل الارتفاعات المنخفضة
- Translated title (French)
- Anatomie comparative des systèmes respiratoires dans les populations de haute altitude par rapport aux populations de basse altitude
- Translated title (Spanish)
- Anatomía comparativa de los sistemas respiratorios en poblaciones de gran altitud frente a poblaciones de baja altitud
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4399920870
- DOI
- 10.61919/jhrr.v4i1.1122